Культура растительных клеток как источник лекарственных веществ

Природные запасы лекарственных растений уменьшаются, а синтез БАВ либо не осуществлен, либо нерентабелен. Поэтому технология по­лучения биомассы на основе культуры клеток приобретает большое значение для производства лекарственных средств.

Преимущества использования клеточных культур заключаются в следующем:

решается проблема дефицита исходного сырья, особенно цен­ных исчезающих видов, не поддающихся плантационному куль­тивированию;

возможно получение фитомассы, полностью свободной от гер­бицидов, пестицидов, тяжелых металлов и др.; имеется возможность получения новых веществ, не синтезируе­мых соответствующим целевым растением; возможно управление биосинтезом целевых продуктов за счет условий культивирования, состава питательной среды и други­ми способами;

имеется возможность индустриализации и удешевления произ­водства некоторых БАВ, синтез которых пока не разработан или очень дорог.

Вместе с тем, развитие производства БАВ из изолированных кле­точных культур в промышленных масштабах сдерживается рядом при­чин. Некоторые культуры изолированных клеток и тканей либо не син­тезируют БАВ, характерные для соответствующего целого растения, либо вырабатывают их значительно меньше. В сравнении с микроорга­низмами растительные клетки растут значительно медленнее, время их удвоения в среднем в 20 раз больше, чем клеток микроорганизмов. Вследствие длительности производства высок риск инфекций и гибели культур. Кроме того, большие объемы суспензионных культур расти­тельных клеток состоят как из единичных клеток, так и агрегатов раз­личного размера, которые не идентичны, что усложняет процесс произ­водства БАВ. Вторичные метаболиты многих растительных культур не выделяются в питательную среду, что создает трудности их экстрагирования. Из-за больших размеров растительные клетки очень чувстви­тельны к перемешиванию и снабжению кислородом. Себестоимость производства лекарственных средств на основе культуры изолирован­ных растительных клеток достаточно высока. Промышленный выпуск такой продукции рентабелен лишь для особо ценных БАВ, стоимость которых на мировом рынке очень высока, сырье мало доступно, синтез пока не осуществлен и продуктивность культур достаточно высока.

В настоящее время получено более 30 видов различных изолиро­ванных клеточных культур лекарственных растений, продуцирующих БАВ либо на уровне соответствующего интактного растения, либо в большем количестве.

Первый отечественный биопродукт из культуры изолированных клеток — настойка «Биоженьшень» — разработан в лаборатории культу­ры тканей Института физиологии растений РАН, под руководством Р.Г. Бутенко. Препарат получен на основе высокопродуктивного кле­точного штамма культуры клеток женьшеня и используется для изго­товления лосьонов, кремов, а также тонизирующих напитков. Комплекс гинзенозидов (сапонинов женьшеня), выделяемый из культуры тканей, предлагается в качестве противоэпилептического средства.

Культивируемые in vitro клетки раувольфии змеиной являются пер­спективным источником гипотензивных и противоаритмических ин-дольных алкалоидов. Методами клеточной селекции с использованием химических мутагенов и оптимизации условий выращивания получен высокопродуктивный штамм, накапливающий противоаритмический алкалоид аймалин, содержание которого составляет около 50% от сум­мы алкалоидов, синтезируемых культурой.

Получены изолированные клеточные культуры из различных видов барбариса, а также василисника малого. Суспензионная клеточная куль­тура василисника малого продуцирует берберин - растительный анти­биотик и противоопухолевое средство, при этом более 80% синтези­руемых тканями алкалоидов секретируются в культуральную жидкость. В Японии налажено биотехнологическое производство противоопухо­левого алкалоида берберина из культуры клеток коптиса японского, а также производство нафтохинонового пигмента шиконина - природно­го антибиотика широкого спектра действия из культуры клеток Воро­бейника. На основе шиконина российские ученые разработали мазь «Эритромин», которая обладает антимикробной активностью в отноше­нии антибиотико-резистентных микроорганизмов, многих патогенных бактерий, а также грибов.

Перспектива использования культуры тканей тиса обыкновенного связана с возможностью получения таксола — вещества, обладающего противоопухолевой активностью. Для лечения одного больного в тече­ние года требуется 120—130 г сухой коры нативного растения, сырьевые запасы которого истощаются. Национальный институт рака США вы­делил около 1 млн долларов для разработки экономически целесообраз­ного способа получения таксола из культуры клеток.

Активно продолжаются работы с культурой клеток барвинка розо­вого, продуцирующего противораковые алкалоиды. Стоимость суб­станции Винкристина на мировом рынке достигает 30 тыс. долларов за 1 кг, Винбластина - около 20 тыс. за кг.

В Германии разработали способ получения кислоты розмариновой из культуры клеток каллуса. Кислота розмариновая - вещество, обла­дающее противоопухолевой активностью, и природный антибиотик широкого спектра действия. Из культуры клеток табака получен убихи-нон 10. На основе убихинона получают препарат для лечения инсультов и купирования спаечных процессов.

Тест-контроль к главе 10 Выберите правильные ответы: