В настоящее время около трети лекарственных препаратов в мире производятся на основе растительного сырья [110]. Большинство из используемых видов растений не выращиваются промышленным способом, что ограничивает применение этих растений в производстве фармацевтической продукции. Вместе с тем, из-за сложности химического состава многих растительных веществ проведение их химического синтеза затруднено или невозможно, поэтому разработка биотехнологических способов получения биологически активных веществ фармакологического назначения из биомассы культивируемых in vitro клеток растений является перспективной.
Одной из групп вторичных метаболитов с широким спектром фармакологического действия являются сапонины (иначе гликозиды), изучение накопления их в клеточных культурах растений вызывает особый интерес. Сапонины были обнаружены в культивируемых in vitro тканях у целого ряда растений [19, 26, 27, 32, 65, 66, 68, 69, 71, 78, 84, 89, 123, 128, 144, 159, 169, 179]. Установленные факты дают основание предполагать, что гликозиды могут быть обнаружены в культивируемых клетках и других, пока не исследованных в этом отношении растительных видов. Тритерпеновые сапонины являются основными действующими началами таких широко известных лекарственных растений, как женьшень, элеутерококк, плющ и аралия [41, 42, 55, 74]. Эти же соединения в достаточно большом количестве содержатся и у представителей рода Clematis L., который объединяет около 200 видов. Для большинства из них характерно наличие биологически активных веществ из различных классов природных соединений, таких как тритерпеновые гликозиды, терпены, высшие алифатические спирты, витамины, фенольные соединения и их производные, органические кислоты, алкалоиды и другие имеющие фармакологическую ценность продукты вторичного метаболизма [5, 38, 39, 51, 74, 76, 80, 101, 106, 109, 118, 119, 141, 142].
Присутствие в растительных тканях Clematis vitalba L. (Ломоноса виноградолистного) тритерпеновых гликозидов обуславливает его использование в качестве лекарственного сырья в традиционной медицине народов Тибета как отхаркивающего, мочегонного, общеукрепляющего и тонизирующего средства. В последнее время выявлено благоприятное действие сапонинов при лечении болезней сердечно-сосудистой системы, склероза сосудов головного мозга и атеросклероза в сочетании с гипертонической болезнью, способность подавлять рост некоторых злокачественных новообразований [51, 106, 182].
Наряду с этим культивирование in vitro изолированных органов, тканей и клеток позволяет выявить особенности морфогенеза исследуемых растений и определить роль трофических, гормональных и физических факторов в процессах дедифференциации, каллусообразования, дифференциации и регенерации растений [4, 8, 20, 23, 60, 61, 108-109].
В связи с выше изложенным, изучение особенностей введения в асептическую культуру Clematis vitalba, выявление индуцирующего действия различных факторов культивирования на процессы дедифференциации и каллусообразования, применение методов клеточной инженерии для изолирования клеточных линий-продуцентов биологически активных веществ и выявление закономерностей накопления сапонинов в культивируемых in vitro тканях представляется актуальным и перспективным.
Впервые в результате исследования морфогенетических потенций различных типов эксплантов, изучения индуцирующего действия состава питательных сред и физических параметров культивирования определены условия получения жизнеспособных каллусов Clematis vitalba, способных к биосинтезу тритерпеновых сапонинов. Выявлена зависимость процессов каллусообразования от сроков введения эксплантов в асептическую культуру (месяца взятия экспланта), типов используемых эксплантов (вегетативные почки побегов, высечки молодых или физиологически зрелых листьев), гормональных (содержание 2,4-Д, БАП), трофических (состав базовой питательной среды) и физических (свет-темнота) параметров культивирования. В результате использования математического планирования эксперимента модифицирован состав базовой питательной среды Гамборга и Эвелега (В5) по содержанию БАП, 2,4-Д, сахарозы, витаминов, NH4NO3 , NaH2PO4. Предложены модификации питательных сред для получения максимального количества биомассы (36-69 г/л по сырой массе и 2,5-4,3 г/л по сухой массе) за один цикл выращивания(65-75 суток). С помощью корреляционного анализа установлен уровень влияния каждого из факторов оптимизации питательной среды на накопление биомассы в культуре in vitro, оптимизирован состав среды культивирования и условия выращивания каллусов. На примере Clematis vitalba показано, что общий уровень биосинтетической активности каллусов сопряжен с уровнем клеточной дифференциации каллуса, а наличие в клеточной популяции определенных количеств клеток-эпибластов является маркером жизнеспособности каллуса и его способности к биосинтезу тритерпеновых гликозидов.
В результате изучения закономерностей накопления тритерпеновых сапонинов в клеточных культурах Clematis vitalba получены штаммы-продуценты биологически активных соединений этого вида растения, разработан вариант базовой питательной среды для их культивирования. Выявленные в ходе исследований закономерности могут быть использованы для разработки технологии повышения биосинтетической продуктивности каллусных культур растений, содержащих сапонины различного химического строения.
Ссылки на литературу в тексте соответствуют источнику.
Источник: Сидякин А.И., Индуцированный морфогенез in vitro и накопление тритерпеновых гликозидов в каллусных культурах ломоноса виноградолистного (Clematis vitalba L.): Дис. … канд. биол. наук. Симферополь. 2011. – 217 с.
Индуцированный морфогенез in vitro и накопление тритерпеновых гликозидов в каллусных культурах ломоноса виноградолистного (Clematis vitalba L.)
Материал любезно предоставил Сидякин Андрей Иванович – к.б.н., ас. каф. ботаники и физиологии растений и биотехнологий и м.н.с. Биотехнологического центра НИЧ Таврического национального университета им. В.И. Вернадского, научный консультант ООО КрымБио