Өсімдік жасушаларын in vitro өсіру және биологиялық белсенді қосылыстардың синтезі

Жасуша - тірі организмдердің құрылымының ең қарапайым бөлігі, құрылысы мен тіршілігінің негізі жеке тіршілік ете алатын қарапайым тірі жүйе. Жасуша өз алдына жеке организм ретінде немесе көп жасушалы жануарлар, өсімдіктер тіндері мен ұлпаларының құрамында кездеседі. Тек вирустардың тіршілігі жасушасыз формада өтеді.

«Жасуша» терминін ғылымға 1665 жылы ағылшын жаратылыстанушысы Р. Гук (1635 - 1703) енгізген. Тіршілікті Жасуша тұрғысынан зерттеу - қазіргі заманғы биологиялық зерттеулердің негізі.

Өсімдік жасушасының жануар жасушасынан айырмашылығы оның жұқа плазмалық жарғақшасы(мембрана) сыртын өте тығыз, таза жасуынықтан (клетчатка) тұратын берік, қалың, серпімді қабықша қаптайды(мұндай қабықша жануарлар жасушасында болмайды) . Бұл қабықша цитоплазмадан бөлінген өнімнен түзіледі, оның әр жерінде көршілес орналасқан жасушалардың цитоплазмасымен байланысатын көп майда саңылаулары (қабықшаның жұқа жері) бар. Тығыз, берік қабықша өсімдікке белгілі пішін берумен бірге, цитоплазманы зақымданудан және кеуіп кетуден сақтап тірек қызметін атқарады. Жасуынық (клечатка немесе целлюлоза) ыстық суда, қышқылда, сілтіде ерімейтін тұрақты зат. Ол тек өте күшті тұз қышқылы мен күкірт қышқылында қантқа айналады. Сондықтан жасунықтан қағаз, жасанды жібек, пластмасса, кинопленка, лак, қопарылғыш зат жасалады. Мақта тұқымындағы ұзын талшықтарын және зығырдың тінін мақа тоқуға пайдаланады.

Өсімдіктерде алуан түрлі қосымша заттар синтезделеді. Қосымша заттар деп аталса да олардың өсімдіктегі зат алмасудағы орны зор. Олардың көптегені медицинада, техникада, тамақ және парфюмерия өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында кең пайдаланылады. Өсірген жасушалардың қосымша заттарының арасында бірінші болып өздеріне зерттеушілердің назарын аудартқан алкалоидтар еді.

Маңызды заттарды синтездейтін жасушаларды өсіру биотехнологияның жаңа саласы. Дағдылы биотехнологиялар бағалы биологиялық активті заттарды алу үшін бүтін организмдерді пайдаланса (өсімдіктерді, жануарларды), осы заманғы биотехнологиясы ерікті немесе иммобилизденген өсімдік жасушаларын өсіруге сүйенген жасушалық технологияларға негізделген.

Жасушалардың in vitro жағдайында биотрансформация жүргізуге мүмкіншілігі болатындығы дәлелденген, яғни кейбір биологиялық активті заттар арзан қарапайым бастаушы заттардан синтезделеді. Бұл қарапайым бастаушы заттар химиялық немесе микробиологиялық жолмен өзгертіле алмайды, тек қана өсірілетін жасушалардың ферменттерінің ықпалымен ақырғы бағалы өнімге айналып кетеді.

Қоректік ортаның құрамы және басқа өсіру жағдайлары өзгеруі арқасында синтезделетін өнімдердің мөлшері тұрмақ сапасы да өзгереді. Соның нәтижесінде мүлде жаңа, негізінде басқаша әсер ететін қосылыстар пайда болуы мүмкін. Мысалы, жапон ғалымдары in vitro жағдайында ерекше пептидтерді, ісікке қарсы ем болатын қосылыстарды, убихинон-10 сияқты жаңа биологиялық активті заттарды алуда мол табысқа жеткен. Келешекте жасушалық битехнология иммобильденген өсімдік жасушаларын пайдаланатын болады.

Өнеркәсіпте өсіруге жарайтын жасушалар жабайы мен екпе дәрілік және техникалық өсімдіктердің, микробиологиялық өңдірістің және химиялық синтездің бәсекесінен озып шығуы қажет. Дағдылы өсімдіктер шикі затымен салыстырғанда өсірілетін жасушалардың мынадай артықшылықтары болады:

Өсімдіктер көптеген маңызды заттардың бірден-бір қайнар көзі болып келеді. Бірақ өсімдік шикі затының қоры табиғатта таусылып бара жатыр. Осыны еске алғанда, жасушалық технологиялардың орны болашақта ерекше зор екенін түсінуге болады. жасушалық технологиялардың ғылыми лабораториялық зерттеулерден соң өнеркәсіпте қолданылуы қазір ғана басталып келе жатыр.

In vitro жағдайында өсетін жасушалар - жаңа жасанды жүйе, оның ерекшеліктері әлі аз зерттелген. Кейде өсірген жасушалардың зат алмасуында филогенез тұрғысынан бұрын дамыған өсімдіктер тобына тән немесе өсімдіктің ювенильді кезеңіне тән ерекшеліктері байқалады. In vitro жағдайында өскенде де жасушалар белгілі бір онтогенезден өтеді:

Қосымша заттардың биосинтезін жасушаның дифференциялануымен бақылау жөніндегі деректер әр қилы. Бірқатар тәжірибелерде қосымша заттардың синтезі морфогендік құрылымдар пайда болғанда ғана басталса, басқаларында қажетті заттардың жоғары өнімі дифференцияланбаған каллус ұлпаларында байқалған.

Бастапқы өсімдіктің, яғни эксплант алынатын донор өсімдіктің генотипі өсірген жасушалардың биосинтездік потенциалына елеулі ықпал етеді. М. Ценк қызметтестерімен қызғылт қабыршөптің жасушаларын өсіру үшін бірнеше географиялық аймақтан 184 тұқым үлгісін жинап алған. Осы тұқымдардан шыққан өскіндер арасынан серпентин мен аймалицин деген гипотензивтік индолдық алкалоидтарға өте бай бірнеше өскіндер таңдап алынды. Солардан шыққан каллустар қажетті алкалоидтарды басқа өскіндерден алынған каллустарға қарағанда 4-5 есе артық синтезделген.