научная статья по теме ПРИМЕНЕНИЕ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СОРБЕНТОВ В БИОТЕХНОЛОГИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОЧНЫХ КУЛЬТУР Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ПРИМЕНЕНИЕ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СОРБЕНТОВ В БИОТЕХНОЛОГИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОЧНЫХ КУЛЬТУР»

Биологические науки

Физико-химическая биология

Биотехнология

Ламберова М.Э., кандидат химических наук, доцент Бийского технологического института (филиала) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползу-нова

ПРИМЕНЕНИЕ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СОРБЕНТОВ В БИОТЕХНОЛОГИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОЧНЫХ КУЛЬТУР

При интенсификации биотехнологии растительных клеточных культур in vitro актуальным является замена дорогостоящего и дефицитного агара на более технологичные носители при получении из них препаратов функционального назначения для сельского хозяйства и медицины. К таким материалам относятся структурированные целлюлозосодержащие и алюмоад-сорбенты, в том числе с наноразмерами частиц и пор, которые были применены нами в технологии клеточных культур гречихи, сои, картофеля.

Разработан способ иммобилизации культур клеток и тканей in vitro на выбранных носителях - микрокристаллической целлюлозе (МКЦ), целоформе - модифицированной хлопковой порошкообразной целлюлозе (МХПЦ), кристаллическом алюмоадсорбенте Fresh (F-24) на стадиях инициации каллусогенеза, и наращивания каллусной биомассы при замене традиционного агара. Отработаны условия и режимы культивирования эксплантов и каллуса на структурированных сорбентах с ультразвуком и без него.

Ключевые слова: иммобилизация клеточной культуры in vitro, структурированные сорбенты, микрокристаллическая целлюлоза, целоформ, модифицированная хлопковая порошкообразная целлюлоза, алюмоадсорбент.

APPLICATION OF STRUCTURED SORBENTS IN BIOTECHNOLOGY

OF PLANT CELL CULTURES

In the course of in vitro intensification of plant cell culture biotechnology substitution of expensive and hard-to-find agar with more producible carriers in order to obtain functional preparations for agriculture and medicine out of them represents urgent problem. Such materials include structured cellulose-containing and aluminum adsorbents including those with nanoparticles and pores which were applied by us in the technology of buckwheat, soya and potato cell cultures.

The way of in vitro immobilization of cell and tissue cultures on selected carriers - microcrystalline cellulose, celloform - modified powder-like cotton cellulose, Fresh (F-24) crystalline aluminum adsorbent at callus genesis initiation stages and callus biomass building-up in case of traditional agar substitution has been developed in the paper. Conditions and modes of explant and callus cultivation on structured sorbents with ultrasound and without it have been tried out.

Key words: in vitro cell culture immobilization, structured sorbents, microcrystalline cellulose, celloform, modified powder-like cotton cellulose, aluminum adsorbent.

Введение

В настоящее время в мире активно растет спрос на натуральные препараты функционального назначения для сельского хозяйства и медицины на основе биологически активных веществ (БАВ) растительного происхождения [1]. Стабильное обеспечение их производства

круглогодично возобновляемым сырьем возможно с помощью технологии культуры клеток и тканей in vitro, при условии ее усовершенствования и интенсификации, прежде всего, на стадиях стерилизации эксплантов и культивирования клеточной биомассы in vitro, а также отработка конечных стадий при получении препаративных форм с сохранением их биологической активности.

Целью настоящей работы являлось усовершенствование биотехнологии растительных клеточных культур in vitro с применением структурированных целлюлозосодержащих и алюмоад-сорбентов.

К традиционным наполнителям в товарных формах фармпрепаратов относятся микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ), оксиды алюминия, а в препаратах для сельского хозяйства -торф и др. Наполнителем нового поколения в медицинских препаратах наружного назначения является целоформ - модифицированная хлопковая порошкообразная целлюлоза (МХПЦ) с ярко выраженными антимикробными свойствами [2]. В сравнении с МХПЦ нами было исследовано антимикробное действие МКЦ и кристаллического F-24 в отношении Candida albicans, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli, Methylobacterium meso-philicum [3]. Результаты показали необходимость индивидуального подбора носителей для разных по физиологии клеток. Кроме того, стерилизующий эффект может быть усилен ультразвуковой (УЗ) обработкой [4], в том числе при иммобилизации культур растительных клеток на целлюлозосодержащих наноструктурированных носителях in vitro [5].

Материалы и методы

Характеристики выбранных сорбентов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика сорбентов

Наименование показателей Величина

МКЦ МХПЦ F-24

Насыпная плотность сухого продукта, г/см3 0,78

Удельная поверхность, м2/г, не менее 414,3

Средний диаметр пор, А 75

Средний размер частиц, мкм 10-300 20-50 200-300

Сорбционная способность по воде, г/г 15,0 активн. нет

Картина рентгеновской дифракции крист. крист. крист.

Для введения в культуру клеток и тканей in vitro в качестве эксплантов были взяты части проростков семян, зародышевых листков, части листьев, гипокотиль корня, апикальные меристемы, пазушные меристемы гречихи сорта «Сибирячка», сои сорта «Алтом» и картофеля сорта «Луговской» [5]. Экспланты стерилизовали химическим способом 70%-ным этанолом и ультразвуком. Иммобилизацию клеточных культур in vitro производили на носителях: агар, МКЦ, целоформ (МХПЦ). Затем культивирование клеток производили на питательной среде Мурасиге-Скуга (МС) в стерильных условиях при t = 25 °С и влажности 70,0 %, в темноте, добавляя жидкую среду МС по мере ее исчерпания. На стадии культивирования оценивали эффективность инициации каллусогенеза и эффективность каллусогенеза.

УЗ-обработку осуществляли аппаратом «Волна»-0,4/22 - О, меняя мощность и длительность.

Экспериментальная часть и обсуждение результатов

Ранее нами установлено [5], что лучшая эффективность стерилизации (95,0 - 100,0 %) достигается при совместной УЗ-обработке и химической, что на 25,0 % больше, чем при УЗ-обработке и на 53,0 % больше, чем при химической.

В данной работе эффективность инициации каллусогенеза (рис. 1) во всех клеточных культурах in vitro оценивали в течение 7 суток в зависимости от типа носителя при замене агара на целоформ (МХПЦ), МКЦ и F-24.

Рис. 1. Эффективность инициации каллусогенеза в клеточных культурах на различных носителях in vitro

Наибольшая эффективность инициации каллусогенеза наблюдалась на четвертые сутки на МХПЦ.

Эффективность каллусогенеза во всех клеточных культурах in vitro оценивали в течение 20 суток в зависимости от типа носителя (рис. 2).

Рис. 2. Эффективность каллусогенеза в клеточных культурах на различных носителях in vitro

При замене агара лучшая эффективность каллусогенеза была на 14-е сутки на МХПЦ.

Кроме того, сравнивали эффективность каллусогенеза клеток, иммобилизованных на агаре, МХПЦ, МКЦ, F-24 без УЗ и при УЗ-обработке. При выбранных оптимальных режимах УЗ-обработки (мощность 240 Вт в течение 3 минут) эффективность каллусогенеза была больше на всех видах носителей в среднем на 10,0 %.

Выводы

1. Получены культуры клеток гречихи, картофеля и сои in vitro и отработана методика их иммобилизации на агаре, МХПЦ, МКЦ и F-24.

2. Оценены показатели: эффективность инициации каллусогенеза в эксплантах и эффективность каллусогенеза на агаре, МХПЦ, МКЦ и F-24.

3. Показано, что УЗ-обработка мощностью 240 Вт в течение 3 минут на всех стадиях улучшала показатели в среднем на 10,0 %.

Таким образом, при замене агара на структурированные кристаллические целлюлозосо-держащие и алюмоадсорбенты в биотехнологии клеточных культур in vitro лучшие показатели роста каллусной биомассы были получены на носителе целоформе (МХПЦ), который можно рекомендовать для препаратов функционального назначения, как наполнитель порошкообразных и таблетированных форм для сельского хозяйства и медицины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Носов А.М. Использование клеточных технологий для промышленного получения БАВ растительного происхождения // Биотехнология, 2010. - № 5. - С.8-28.

2. Вавилов Ю.Г., Ксембаев С.С., Половняк В.К. Экологичный биосорбент на основе хлопковой целлюлозы // Научно-технический вестник Поволжья, 2011. - № 3. - С.7-15.

3. Буянова А.С., Ламберова М.Э. Исследование антимикробных свойств структурированных наноносителей // Сб. м-лов IV Всероссийской научно-практ. конф. «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» - Бийск: БТИ АлтГТУ, 2011. - Ч. I. - С.215-219.

4. Ламберова М.Э. Использование ультразвука в биотехнологических процессах // Естественные и технические науки, 2011. - №4. - С.125-138.

5. Косолапова А.С., Ламберова М.Э. Разработка технологии иммобилизации культуры растительных клеток и тканей на целлюлозосодержащих наноструктурированных носителях in vitro // Ползуновский вестник, 2009. - № 3. - С. 315-318.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком