Techniki in vitro z użyciem roślin leczniczych do produkcji metabolitów wtórnych

Techniki in vitro z użyciem roślin leczniczych do produkcji metabolitów wtórnych

- duże znaczenie w medycynie mają substancje naturalne uzyskiwane z roślin

- większość tych zw. stanowią tzw. naturalne metabolity wtórne, często fizjologicznie silnie działające połączenia, które z chemicznego punktu widzenia mają tak samo skomplikowaną strukturę

Metody pozwalające zwiększyć wydajność syntezy fitozwiązku w warunkach in vitro:

- regulaje fitohormonalne

- biotransformacja

- biokonwersja

- kultury korzeni włośnikowych

- chemiczna modyfikacja genów

- immobilizacja komórek roślinnych

- dodatek prekursorów do podłoża hodowlanego

Zakładanie kultur komórkowych

- inicjacja z większości organów roślinnych

- z powstających, gotowych do podziału komórek tworzą się kolonie najczęściej komórek parenchymatycznych- kalus

- kalusy lub komórki roślinne zawsze potrzebują do wzrostu odpowiedniego źródła N i C, np. cukrów, soli amonowych 

- czasem stosuje się regulatory wzrostu

Podstawowe techniki selekcji szczepów

Liczne komórki występujące w kulturze można izolować różnymi metodami:

1. klonowanie agregatów komórek 

– kalus zostaje podzielony na małe kawałki z których wyprowadza się następnie nowe kalusy

– wielokrotnie się to powtarza aż do uzyskania pojedynczych fragmentów kalusa składających się z jednej tylko linii komórek

– w ten sposób wyizolowano np szczepy komórek, wytwarzające większe ilości alkaniny i szikininy

Alkaninia

- naturalny, czerwony barwnik

- otrzymywany z korzeni pewnej rośliny

2. regeneracja kolonii komórek z protoplastów

- komórki roślinne posiadają ścianę komórkową

- na skutek usunięcia ściany komórkowej powstają protoplasty

- w celu regeneracji kolonii komórek protoplasty zawieszane są w roztworze o dużej lepkości, który zapobiega łączeniu się ich w skupiska

- po regeneracji ściany komórkowej z protoplastów powstają pojedyncze, oddzielne komórki, z których można regenerować linie komórkowe, np. szikonina

Przkłady kultur komórkowych do produkcji metabolitów wtórnych

- szikonina

- berberyna

- sangwinaryna

Berberyna

- izochinolinowy alkaloid pochodzenia roślinnego

- klasa protoberberyn

- występuje w berberysie

- w korzeniach, łodygach ok. 1,24 %

- działa przeciwzapalnie i przeciwnowotworowo

- występuje w berberysie

3. Mikrorozmnażanie jako technika hodowli roślin leczniczych

- wegetatywne rozmnażanie roślin w sterylnych warunkach na sztucznych pożywkach

- powala na uzyskanie dużej liczby wyrównanych genotypów i fenotypów, wolnych od patogenów, szkodników sadzonek

Zalety mikrorozmnażania:

- wysoki współczynnik rozmnażania wegetatywnego- można szybko na dużą skalę mnożyć cenne rośliny, szczególnie te, które trudno jest otrzymać innymi metodami, np. sosna, dąb

- przydatna technika w przypadku roślin, których nasiona są drogie, trudno dostępne lub kiełkują w niskim stopniu 

- otrzymywanie roślin identycznych z mateczną

- możliwość uzyskania roślin zdrowych, wolnych od patogenów, wymiana międzynarodowa, uniknięcie kwarantanny

- przechowywanie ich w warunkach spowolnionego wzrostu przez długi czas, co ułatwia transport i międzynarodową wymianę materiału roślinnego

- niezależne od klimatu hodowle

- tworzy się banki genów gatunków zagrożonych

- uzyskanie roślin, których metabolity wykorzystywane są na skalę przemysłową- antybiotyki, olejki zapachowe

- drzewa i krzewy odporne na zanieczyszczenia i degradację powietrza czy gleby

- drzewa charakteryzujące się lepszym wzrostem

Etapy mikrorozmnażania:

1. inicjacja kultur siewnych i ich adaptacja do warunków in vitro 
2. namnażanie pędów 
3. ukorzenianie pędów 
4. adaptacja do warunków niesterylnych