ORGANIZATION OF VETERINARY SERVICE IN FUR — BREEDING FARMS IN
The organization of veterinary service in farms in Republic of Tatarstan taking into account medical and disease-prevention measures has been studied.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ — ИСТОЧНИКИ БИОЛОГИЧЕСКИ
Казанская государственная академия ветеринарной медицины
Ключевые слова: лекарственное растение, алкалоид, гликозид, фитопрепарат,
Кеу words: medicinal plant, alkaloid, glycoside, phytodrug.
В последние десятилетия, несмотря на большое количество синтетических лекарственных препаратов, используемых в современной ветеринарии и медицине, интерес к лекарственным средствам народной медицины не исчез, а наоборот, возродился, что до некоторой степени объясняется ростом аллергических реакций на прием синтетических лекарственных препаратов.
Известно, что применение средств растительного происхождения, прежде всего, объясняется их высокой биологической активностью. Природные химические соединения, как правило, обладают менее вредным воздействием на животный и человеческий организм, чем их синтетические аналоги и вещества с искусственно созданной структурой, а это в свою очередь, позволяет применять их с лечебной и профилактической целью при различных болезней животных.
Химический состав растений стали изучать примерно в конце 17 -го века, а в конце 19-го века были выделены в чистом виде некоторые алкалоиды, гликозиды, дубильные вещества, сапонины, флавоноиды, различные органические кислоты, витамины, жирные и эфирные масла, микроэлементы и другие.
К наиболее важным биологически активным веществам растений относятся следующие: алкалоиды, гликозиды, сапонины, горькие
вещества, флавоноиды, дубильные вещества, смолы, эфирные масла, органические кислоты, минеральные соли и витамины.
В различных видах растений алкалоиды накапливаются неравномерно. Особенно богаты этими веществами растения семейства пасленовых и маковых. Ядовитость многих растений обусловлена наличием большого количества алкалоидов. В малых количествах они оказывают лечебный эффект. Наиболее важными алкалоидами являются: кофеин, атропин, стрихнин, кокаин, эхинопсин, берберин, платифиллин и
Действие гликозидов, в основном, определяется их несахаристой частью. В чистом виде гликозиды обычно представляют собой кристаллические, легко растворимые в воде и спирте, вещества горького вкуса. При хранении быстро разрушаются ферментами самих растений под действием высоких температур, кислот, щелочей и других факторов.
Различают гликозиды сердечные, антрагликозиды, сапонины, близкие к гликозидам горькие вещества и другие.
Сердечные гликозиды содержатся в таких растениях, как наперстянка, майский ландыш, горицвет весенний, строфант, обвойник и др. Они оказывают действие на сердечную мышцу и широко применяются в ветеринарии.
Антрагликозиды оказывают на животных слабительное действие. Они содержатся в коре крушины ломкой, плодах крушины слабительной, корнях ревеня, листьях сенны и сабура. Антрагликозиды малоядовиты, стойки при хранении.
Растения содержащие сапонины применяются в ветеринарной практике как отхаркивающие, мочегонные, желчегонные, тонизирующие средства. Многие из них благоприятно влияют на сердечно — сосудистую систему, эффективны при атеросклерозе сосудов и др.
Горькие вещества содержатся в полыни, горечавке, одуванчике, золототысячнике, аире и других растениях. Эти вещества стимулируют секреторную функцию желудочно — кишечного тракта, вследствие чего их применяют для улучшения пищеварения.
Наиболее богаты флавоноидами растения семейства бобовых, зонтичных, лютиковых, сложноцветных. Флавоноиды обладают различной фармакологической активностью. Так вещества Р — витаминного действия повышают прочность стенок капилляров, участвуют в окислитель но -восстановительных процессах, способствуют расслаблению спазмов сосудов, заживлению ран и Т. Д. Ряд флавоноидов применяют при заболевании печени, почек, особенно при камнях. К флавоноидам относятся флавоны, флавононы, ксантины и др.
Дубильные вещества широко распространены почти во всех растениях, содержатся, главным образом, в коре и древесине деревьев и
кустарников, в надземных частях травянистых многолетних растений. Общее количество танинов в растениях может достичь 10 — 30%.
В ветеринарной практике растения, содержащие дубильные вещества (бадан, кровохлебка, черемуха, конский щавель, кора дуба и другие) применяются при желудочно — кишечных расстройствах, при отравлении тяжелыми металлами и алкалоидами, как вяжущие и бактерицидные (Базанов, 1988).
Эфирные масла находятся в различных частях растений — в цветках, листьях, плодах, семенах, реже в подземных частях. Количество эфирных масел у различных видов растений колеблется от едва заметных следов (0,001 %) до 20%; чаще всего их содержание в растениях составляет 2 -3%. Эфирные масла нестойки, поэтому при заготовке эфирно — масличных растений необходимо строго соблюдать правила сбора, сушки и хранения.
Наиболее часто из эфирно — масличных растений в практике применяют душицу, полынь горькую, шалфей, можжевельник, кориандр, укроп, тмин, анис, валериану, тимьян и др. ( М. А. Носаль, И. М. Носаль, 1991).
Органические кислоты активно участвуют в обмене веществ, возбуждают секреторную активность слюнных желез, усиливают выделение желчи и панкреатического сока, улучшают пищеварение, обладают бактерицидными и другими действиями (Л. Г. Дудченко, В. Р. Кривенко, 1988).
Минеральные соли неорганических кислот находятся в растениях в растворенном состоянии или выкристаллизовываются в виде оксалатов. Калий, кальций, магний, сера, фосфор, кремний, железо вместе с углеродом, водородом и кислородом составляют 99% массы растений и животных. Содержание в организме микроэлементов — меди, цинка, кобальта, марганца, никеля, алюминия и др., исчисляются долями процента (Т. А. Непесови , Э. С. Сахатов, 1990).
Витамины — биологически активные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности организма. Они играют важную роль в обмене веществ, в процессах усвоения и использования организмом всех питательных веществ, в защитных функциях различных органов и других жизненно важных процессах. Большинство витаминов в организме не синтезируются, а поступают с кормами, главным образом, растительными. Животный организм нуждается в поступлении извне около 20 витаминов, а остальные синтезируются во внутренних органах. Недостаток поступления витаминов с кормом приводит к нарушению обмена веществ, ухудшению состояния нервной системы, вызывает другие патологические явления. Наступает гипо — или авитаминоз (В. М. Данилевский, 1983).
Лечебные свойства растений могут быть обусловлены также наличием и других химических соединении.
Как в медицинской, так и ветеринарной практике специалисты обращаются к использованию растительных лекарственных средств и получают положительные результаты, объясняя это тем, что препараты из растений содержат компоненты, способствующие всасыванию в пищеварительном тракте биологически активных веществ, усиливающие ферментативную активность и улучшающие проницаемость и эластичность тканей (А. П. Азизов, Р. Д. Сейфулла, 1998). Умелое использование фитотерапии путем комбинирования лекарственных растений позволяет уменьшить опасность возникновения осложнений, что позволяет проводить лечение в амбулаторных -условиях длительное время, в ветеринарии — сохранить поголовье скота, уменьшить расход дорогостоящих химиотерапевтических средств (Р. Я Адаменко, 1989; Б. М. Авакаянц, 1996).
Многие авторы считают, что повысить эффективность фитопрепаратов можно и путем комбинирования лекарственных растений в виде сборов и комплексных препаратов. Действующие вещества растений находятся в определенных взаимоотношениях, сформировавшихся при взаимодействии с условиями окружающей среды (Б. М. Авакаянц, 1995).
Лечение лекарственными препаратами растительного происхождения нельзя противопоставлять другим средствам и методам применяемым с лечебной и профилактической целью. При назначении препаратов из лекарственных растений необходимо разумно и критически рассматривать возможность излечения того или иного заболевания, в зависимости от заболевания фитотерапия может использоваться как самостоятельный метод или включаться в общий комплекс лечения (В. П. Федотов и др., 1996; З. К. Фролова и др., 1997).
ЛИТЕРАТУРА: 1. Авакаянц Б. М. Фитотерапия при болезнях желудочно кишечного тракта / Б. М. Авакаянц // Ветеринария. — 1996. — .№ 12. — С.11- 2. Авакаянц Б. М. Лекарственные растения в комплексном лечении телят при диспепсии / Б. М. Авакаянц // Ветеринария. — 1995. — .№ 11. — С. 17-19. 3. Азизов А. П. Влияние настойки левзеи и леветона на гуморальный иммунитет спортсменов /А. П. Азизов, Р. Д. Сейфулла // Экспериментальная и клиническая фармакология. М.: Медицина, 1997. -том60, .№6. — С. 47-48. 4. Базанов Г. А. Лекарственные формы, сырье и препараты из растений Верхнего Поволжья / Г. А. Базанов // Учебно -методическое пособие. — М.: Изд. М МСИ, 1988. — 122с. 5. Данилевский В. М. Справочник по ветеринарной терапии. — М.: Колос, 1983. — 192 с. 6. Дудченко Л. Г. Пищевые растения — целители / Л. Г. Дудченко, В. Р. Кривенко. — Киев: Наукова Думка, 1988.-271 с. 7. Непесов Т. А. Изучение микроэлементного состава лекарственного растительного сырья флоры Туркменистана/Т . А. Непесов, Э. С. Сахатов // Здравоохранение
Туркменистана. — Ашхабад. — 1990. — .№ 10, — С. 24 — 27. 8. саль М. А. Лекарственные растения и способы их применения в народе / Под ред. В.Г. Дроботько. — Научный центр проблем диалога. — 1991. — 238 с. 9. Федотов В. П. Терапевтическая эффективность 5% хинозоловой мази при экспериментальном рубромикозе / В. П. Федотов, О. А. Каденко и др. // Вестник дерматологии и венерологии. М.: Медиа сфера. — 1996. — N2 5. — С. 10. Фролова З. К. Возможность получения противогрибкового средства на основе грязей / З. К. Фролова, В. В. Кирьянова и др. // Вестник дерматологии и венерологии. М.: Медицина, 1997. — № 2. — С.14 — 15.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ — ИСТОЧНИКИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ
Примерно третью часть всех лечебных препаратов про изводят из растений или с участием веществ растительного происхождения. Синтез некоторых химических соединений, содержащихся в растениях и определяющих терапевтический эффект лекарства, экономически выгоднее извлекать из растительного сырья. Установлено, что в ряде случаев терапевтический эффект препаратов из растений определяется не только основным действующим веществом, а всей совокупностью содержащейся в нем, в том числе сахарами, минеральными солями, микроэлементами.
MEDICINAL PLANTS — SOURCES BIOLOGICALL У ACTIVE MATERIALS
About а third of аll medical drugs manufacture from plants or with involvement of vegetable matters. Synthesis of some chemical combinations containing in plants and defining therapeutic effect of а medicine is mоre containing to extract from plant roughage. It is installed, that in some cases the therapeutic effect of drugs from plants is spotted not only the main operating material, and аll aggregate containing in him, including saccharums, inorganic salts, trace substances.
Если хотите проходить тесты быстрее и иметь полный доступ ко всем тестам с ответами по своей специальности, то пользуйтесь НМО тренажером: t.me/nmomed_bot
Хроматографией называется процесс
1) осаждения веществ между двумя контактирующими фазами;2) измерения светопоглощения между двумя контактирующими фазами;3) разделения смесей веществ между двумя контактирующими фазами;+4) выделения веществ, возгоняемых при нагревании.
Для количественного определения жирных масел применяют метод
1) гидратации;2) газовой хроматографии;+3) фильтрации;4) гравиметрии.
Спиртовое извлечение используют при выделении
1) полисахаридов;2) витаминов;3) дубильных веществ;4) сердечных гликозидов.+
Эффективность лекарственного препарата характеризуется степенью
1) максимальной концентрации в крови;2) специфического воздействия на организм;3) положительного влияния лекарственного препарата на течение, продолжительность заболевания или его предотвращение;+4) возможного риска причинения вреда здоровью.
Реакции, с помощью которых можно выявить те или иные соединения непосредственно в клетках, где они локализуются, называют
1) общими;2) гистохимическими;+3) специфическими;4) групповыми.
1) кажущихся неактивных веществ;2) биологически активных веществ;+3) сопутствующих веществ;4) балластных веществ.
Полисахариды из растительного сырья извлекают
1) хлороформом;2) этиловым спиртом;3) водой;+4) кислотой.
Траву пастушьей сумки применяют как средство
1) возбуждающее аппетит;2) кровоостанавливающее;+3) отхаркивающее;4) мочегонное.
К основным видам извлечения БАВ из лекарственного растительного сырья относятся
1) экстракция;2) перегонка с водяным паром;3) водное;+4) спиртовое.+
Масло из семян клещевины применяют как средство
1) общеукрепляющее;2) антисклеротическое;3) слабительное;+4) антирахитическое.
К лекарственным растениям, содержащим жирные масла, относятся
1) Salvia officinalis;2) Chelidonium majus;3) Viburnum opulus;4) Ricinus communis.+
Животные жиры получают
1) путем вытапливания жира;+2) методом прессования;3) методом экстракции;4) методом перегонки с водяным паром.
Терапевтическая ценность лекарственных растений определяется входящими в их состав веществ
1) биологически активных;+2) сопутствующих;3) балластных;4) кажущих неактивных.
Биологически активные вещества – это
1) продукты растительного происхождения, применяемые с лечебной целью и разрешенные для использования;2) индивидуальные химические соединения, выделенные из растительного сырья для получения лекарственных средств;3) природные соединения, оказывающие специфическое действие на живой организм и определяющие основной терапевтический эффект;+4) химические вещества, обладающие высокой физиологической активностью по отношению к определённым группам живых организмов.
Растительные масла из лекарственного растительного сырья получают
1) методом гравиметрии;2) методом прессования;+3) методом спектроскопии;4) методом хроматографии.
Определение витаминов в плодах облепихи проводят
1) методом хроматографии;2) методом спектроскопии;3) методом перегонки с водяным паром;4) методом фотоэлектроколориметрии.+
Корни алтея используют как средство
1) отхаркивающее;+2) слабительное;3) противокашлевое;4) потогонное.
1) спектрофотомерии;2) гравиметрии;+3) потенциометрии;4) титрометрии.
К методам количественного определения биологически активных веществ из лекарственного растительного сырья относятся
1) физико-химические;+2) физические;3) биологические;4) электрохимические.
Положительным результатом при проведении реакции раствором α-нафтола с концентрированной серной кислотой для корней одуванчика считается появление окраски
1) желто-красного;2) сине-фиолетового;3) фиолетово-розового;+4) оранжево-красного.
Под подлинностью лекарственного растительного сырья понимают соответствие
1) своему наименованию;+2) основному действию;3) срокам годности;4) срокам заготовки.
Положительным результатом реакции Беллиера на семенные масла считается появление окраски
1) красно-желтой;2) оранжевой;3) слабо-желтой;4) сине-фиолетовой.+
Метод рафинирования применяется для удаления
1) от биологически активных веществ;2) от кажущих неактивных веществ;3) от сопутствующих веществ;+4) от балластных веществ.
Анализ лекарственного растительного сырья, содержащего жирные масла, проводят методом
1) фильтрации;2) гравиметрии;3) высокоэффективной тонкослойной хроматографии;+4) гидратации.
Положительным результатом при проведении реакции с раствором аммиака для корня алтея считается появление окраски
1) красной;2) желтой;+3) оранжевой;4) зеленой.
К фотометрическим методам анализа относятся
1) колориметрия;+2) хроматография;3) экстракция;4) гравиметрия.
Лекарственное растительное сырье – это
1) высушенные и измельченные части лекарственных растений, упакованные в потребительскую упаковку;2) продукты растительного происхождения, применяемые с лечебной целью и разрешенные для использования;3) свежие или высушенные растения либо их части, используемые для производства лекарственных средств;+4) высушенные или свежие надземные части травянистых растений, состоящие из стеблей с листьями и цветками.
Гравиметрические методы анализа основаны
1) на способности биологически активных веществ к окислению;2) на растворимости биологически активных веществ в воде и неполярных органических растворителях;+3) на измерении количества света, поглощенного биологически активным веществом;4) на разделении биологически активных веществ с последующим их определением спектрофотометрически.
Сырье семена заготавливают от растения
1) Scutellaria baicalensis;2) Amygdalus communis;+3) Convallaria majalis;4) Polygonum bistorta.
Алтей лекарственный относится к семейству
1) Тiliасеае;2) Malvaceae;+3) Asteraceae;4) Linaceae.
Облепиха крушиновидная относится к семейству
1) Elaeagnaceae;+2) Caprifoliaceae;3) Asteraceae;4) Rosaceae.
Раствор ацетата свинца и сульфата натрия применяют для очищения извлечений осаждением
1) действующих веществ;2) сопутствующих веществ;+3) биологически активных веществ;4) балластных веществ.
К физическим методам рафинирования жиров относится
1) отстаивание, рафинация и центрифугирование;2) рафинация, гидратация и центрифугирование;3) отстаивание, фильтрация и центрифугирование;+4) рафинация, фильтрация и центрифугирование.
Рафинирование – это комплексный процесс, состоящий из нескольких последовательно протекающих этапов
1) разделения смесей веществ;2) обработки жиров различными агентами;+3) измерения количества света, поглощенного веществом;4) обработки горячим сухим паром.
К лекарственным растениям, содержащим витамины, относятся
1) Capsella bursa pastoris;+2) Atropa belldonna;3) Ricinus communis;4) Frangula alnus.
Сырье цветки заготавливают от растения
1) Tilia tomentosa;2) Tilia dasystyla;3) Tilia platyphyllos;4) Tilia cordata.+
Муравьиная кислота безводная – метанол – этилацетат применяется для обнаружения в листьях крапивы методом тонкослойной хроматографии
1) витамина Е;2) аскорбиновой кислоты;3) каротиноидов;4) витамина К.+
Количественное определение аскорбиновой кислоты (витамина С) в растительном сырье плоды шиповника проводят методом
1) спектрофотометрии;2) перегонки с водяным паром;3) титрометрии;+4) гравиметрии.
Специальности для предварительного и итогового тестирования
Медицинская биохимия, Управление и экономика фармации, Фармацевтическая технология, Фармацевтическая химия и фармакогнозия, Фармация.
Вносите свой посильный вклад в общее дело пожертвованиями и финансовой помощью. Чем больше у нас будет ресурсов, тем больше мы сделаем вместе для медицинских работников (Ваших коллег).
Лекция 3. К УЛЬТУРЫ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ –
ПРОДУЦЕНТЫ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
При производстве более 25% современных
лекарств используется растительное
сырье. Растения являются продуцентами
многих БАВ – соединений, способных
оказывать влияние на биологические
процессы в организме. К таким соединениям
принадлежат сердечные гликозиды,
сапонины, стерины, каратиноиды, полифенолы,
алкалоиды, витамины, хиноны, а также
вещества, обладающие специфическим
ароматом, вкусом и окраской.
Биологически активные вещества
принадлежат к продуктам вторичного
обмена, которые называют вторичными
метаболитами или вторичными продуктами
биосинтеза. В настоящее время известно
более 100 000 вторичных метаболитов,
продуцируемых растениями. Многие из
них являются практически, экономически
важными продуктами и используются в
фармакологической, косметической,
пищевой промышленности.
До недавнего времени основным источником
биологически активных (БАВ), лекарственных
и ароматических веществ служат
дикорастущие и выращиваемые на плантациях
растения. Основная доля коммерческих
поставок (80-90%) обеспечивается сбором
дикорастущих растений.
Культуры клеток и тканей, полученные
in vitro, как и клетки интактного растения,
могут синтезировать вторичные метаболиты,
по качественному и количественному
составу подобные или идентичные
веществам, растений. Это является
предпосылкой замены части природного
сырья и способствует сохранению ценных
растений в природе.
Практически важные результаты
использования культуры клеток и тканей
были получены в 60-х годах ХХ века. Было
показано, что такие БАВ, как диосгенин,
гармин и виснагин синтезируются
культурами клеток в тех же количествах,
как в исходном растении. Скрининг,
проведенный среди большого количества
растений, показал, что, во-первых, круг
БАВ, синтезируемых в культурах,
свидетельствует об огромном синтетическом
потенциале и разнообразии вторичного
метаболизма; во-вторых, относительно
небольшое число их пригодно для
использования в промышленности.
В настоящее время собрана большая
коллекция клеточных культур растений
из различных семейств, синтезирующих
вторичные метаболиты, широко используемые
в промышленности. К ним относятся:
женьшень дальневосточный – источник
панаксозидов, диоскорея дельтовидная
– стероидных гликозидов, раувольфия
змеиная – продуцент антиаритмического
алкалоида аймалина и т.д. Установлено,
что клетки тиса ягодного синтезируют
вещество-таксол, которое является
антираковым препаратом. Проводятся
большие научно-технологические
исследования по культивированию клеток
и тканей лекарственных растений in vitro.
Преимуществами использования культур
клеток растений для производства БАВ
являются:
Этапы получения штаммов-продуцентов:
Источниками культур клеток, которые
представляют интерес как сырье для
производства БАВ, могут быть растения,
не растущие в наших условиях, а также
растения, потребность в которых высока,
а ареал распространения ограничен, и
запасы невелики. По этим критериям были
введены в культуру invitroженьшень, раувольфия, барвинок, диоскорея,
василистник, коптис. Особое значение
имеют виды, фармакологическая ценность
которых чрезвычайно высока, а содержание
вторичных метаболитов низкое, например
тисс – продуцент противоопухолевого
препарата таксола. Вторичный метаболит
паклитаксел содержится в коре этого
дерева. Для лечения одного пациента
необходимо уничтожить минимум три
столетних дерева.
Биологическая и биосинтетическая
продуктивность индивидуальных растений
может существенно различаться. При
использовании наиболее продуктивных
растений можно рассчитывать на получение
клеточной культуры с активным биосинтезом
БАВ.
У растений вторичные метаболиты
накапливаются, как правило, в запасающих
органах. Однако предпочтение для введения
в культуру тканей органов запаса искомого
продукта не имеет экспериментального
подтверждения. Интенсивность роста и
содержание продуктов вторичного
метаболизма в культурах клеток, полученных
из разных органов одного растения,
показывает отсутствие каких-либо
закономерностей. Поэтому для введения
в культуру лучше выбирать меристематические
ткани, от которых легче получить культуру
тканей.
Исходные штаммы, как правило, имеют
низкий уровень биосинтеза, который,
кроме того, падает с возрастом культуры.
Поэтому встает вопрос об улучшении
клеток-продуцентов и их стабильности,
что связано с использованием генетических
подходов.
Одним из них является генетическая
трансформация растительных клеток.
Показано, что использование Ri-плазмиды
почвенной бактерииAgrobacteriumrhizogenesприводит к образованию
«бородатых корней», опухолеподобных
образований с высоким уровнем биосинтеза
вторичных соединений. Трансформация
культур клеток с помощьюTi-плазмиды
другого вида агробактерииAgrobacteriumtumefaciensтакже в некоторых
случаях приводит к повышению продуктивности.
Другой путь – спонтанный и индуцированный
метагенез, клонирование и селекция
продуктивных мутантных клеточных линий.
Культуры клеток растений представляют
собой гетерогенные популяции, при
клонировании которых можно выделить
индивидуальные линии со своими
характеристиками, включая интенсивность
роста и биосинтеза вторичных метаболитов,
причем клоны могут различаться по этим
признакам в десятки раз.
(Терминология: клон – потомство одной
клетки, штамм – культура, полученная
от одного растения или выделенная в
процессе селекции).
В результате использования спонтанного
и индуцированного мутагенеза и селективных
систем был выделен ряд перспективных
клеточных клонов и штаммов-продуцентов
БАВ, причем стабильность их сохраняется
на протяжении многих лет.
Факторами, влияющими на рост клеток и
их продуктивность по вторичным
метаболитам, являются компоненты среды
выращивания, прежде всего качественный
и количественный состав фитогормонов,
углеводов, ряда минеральных солей, рН
среды, температура выращивания, степень
аэрации, способ и интенсивность
перемешивания, условия освещения. По
значению для продуктивности культур
факторы можно выстроить в следующий
ряд: минеральный состав среды, количество
и соотношение фитогормонов, соотношение
нитратного и аммонийного азота,
качественный и количественный состав
углеводов, степень аэрации культуры.
Добавление в среду выращивания
предшественников синтеза вторичных
метаболитов может увеличить содержание
целевого продукта. Экономически этот
подход может быть выгоден в случае
невысокой стоимости предшественников.
В настоящее время общепринято, что
многие вторичные метаболиты являются
компонентами защитной системы растения.
Открытие элиситоров – сигнальных
молекул, запускающих ответ растительного
организма на атаку патогенов – стало
ключевым моментом в повышении
продуктивности культур клеток.
Установлено, что некоторые экзометаболиты
грибов, фрагменты их клеточных стенок,
ряд микробных токсинов, различные
тяжелые металлы, а также УФ облучение
и ультразвук способны увеличивать
синтез и накопление вторичных метаболитов
в растениях. В качестве мощных элиситоров
могут выступать жасмоновая кислота и
ее производные. К настоящему моменту
известно множество примеров интенсификации
синтеза вторичных метаболитов в культурах
клеток растений под действием жасмонатов.
В последнее время в качестве еще одного
мощного элиситора рассматривается
фитотоксин коронатин.
Для крупномасштабного культивирования
растительных клеток для препаративного
получения вещества вторичного синтеза
используют специальные металлические
и стеклянные ферментаторы (биореакторы)
различной конструкции (с мешалкой или
барботажного типа). Режим ферментации
периодический (накопительный) или
непрерывный, главным образом хемостатный.
Биосинтез продуктов вторичного синтеза
проводят в ферментерах объемом от 0,1 до
63 м3 и более. Аэрацию культуральной
биомассы осуществляют стерильным
воздухом через барботер. Воздух
стерилизуют, как правило, путем фильтрации
на двух-трех последовательно установленных
фильтратах. В ходе культивирования
клеток растений регулируют температуру
(25-37°С), рН и окислительно-восстановительные
потенциал.
Процесс культивирования ведут до тех
пор, пока идет интенсивный синтез
целевого продукта и в среде не будут
исчерпаны питательные вещества. При
определении конца культивирования
необходимо учитывать данные
микроскопического контроля состояния
культуры, отсутствие постоянной
микрофлоры, концентрацию основных
питательных веществ, биомассы, целевого
продукта, рН. Процесс развития продуцента
БАВ в ферментаторах проходит при строгом
контроле всех стадий, очень точном
выполнении разработанного регламента
условий накопления БАВ. Большое внимание
уделяется поддержанию заданной
температуры культивирования, активной
кислотной среды рН, степени аэрации и
скорости работы мешалки. Учитывая
потребление организмом основных
питательных компонентов субстрата
(источников углевода, азота, калия,
магния, фосфора, аминокислот, витаминов),
контролируется наличие компонентов
питательной среды.
Особое внимание при развитии продуцента
в ферментерах обращают на процесс
пеногашения. При продувании воздуха
через суспензионную культуру–продуцент
БАВ часто происходит обильное образование
пены, которая существенно нарушает
протекание всего процесса развития
штамма-продуцента БАВ в ферментере.
Основная причина появления большого
количества пены – высокая вязкость
питательной среды, обусловленная
обильным накоплением биомассы. Для
борьбы с пеной в ферментерах при получении
биомассы используют различные
поверхностно-активные вещества:
растительные масла (соевое, подсолнечное),
минеральные масла (вазелиновое,
парафиновое), спирты жирные кислоты.
Нередко в качестве пеногасителей
используют специальные синтезированные
вещества (силиконы, диазобутилкарбомил
и другие соединения).
Новым
подходом, направленным на увеличение
выхода вторичных метаболитов, является
иммобилизация клеток и тканей растений.
Методы иммобилизации клеток делят на
4 категории:
В
последнее время интерес к иммобилизации
клеток растений значительно возрос,
это связано с тем, что иммобилизованные
клетки имеют определенные преимущества
перед каллусными и суспензионными
культурами при использовании их для
получения вторичных метаболитов.
Существует
положительная корреляция между
накоплением вторичных метаболитов и
степенью дифференцировки в культуре
клеток. Изучение содержания алкалоидов,
накапливаемых многими растениями in
vitro,
показало, что компактные, медленно
растущие культуры клеток содержат
алкалоиды в больших количествах, чем
рыхлые, быстро растущие культуры.
Организация клеток необходима для их
нормального метаболизма. Наличие
организованности в ткани и ее последующее
действие на различные физические и
химические градиенты – четкие показатели,
по которым различаются высоко- и
низкопродуктивные культуры. Очевидно,
что иммобилизация клеток обеспечивает
условия, приводящие к дифференциации,
упорядочивает организацию клеток и
способствует тем самым высокому выходу
вторичных метаболитов.
Иммобилизованные
клетки имеют ряд преимуществ:
1.
Клетки, иммобилизованные в или на
инертном субстрате, образуют биомассу
гораздо медленнее, чем растущие в жидких
суспензионных культурах.
Какова
же связь между ростом и метаболизмом?
При чем здесь клеточная организация и
дифференцировка? Предполагают, что эта
взаимосвязь обусловлена двумя типами
механизмов. Первый механизм основан на
том, что рост определяет степень агрегации
клеток, оказывая косвенное влияние на
синтез вторичных метаболитов. Организация
в данном случае является результатом
агрегации клеток, а достаточная степень
агрегации может быть получена только
в медленно растущих культурах. Второй
механизм связан с кинетикой скорости
роста и предполагает, что «первичный»
и «вторичный» пути метаболизма по-разному
конкурируют за предшественники в быстро
и медленно растущих клетках. Если условия
среды благоприятны для быстрого роста,
то в первую очередь синтезируются
первичные метаболиты. Если быстрый рост
блокирован, то начинается синтез
вторичных метаболитов. Таким образом,
низкая скорость роста иммобилизованных
клеток способствует высокому выходу
метаболитов.
2.
Кроме медленного роста иммобилизация
клеток позволяет им расти в тесном
физическом контакте друг другом, что
благоприятно отражается и на химических
контактах.
При использовании иммобилизованных
клеток относительно легко осуществляется
обработка их химическим веществами,
индуцирующими высвобождение требуемых
продуктов. Это также снижает ингибирование
по типу обратной связи, которое
ограничивает синтез веществ вследствие
накопления их внутри клетки. Культивируемые
клетки некоторых растений, например,
Capsicum frutescens выделяют вторичные метаболиты
в окружающую среду, а система
иммобилизованных клеток позволяет
отбирать продукты без повреждения
культур.
ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ — вещества
ароматической природы, которые содержат
одну или несколько гидроксильных групп,
связанных с атомами углерода ароматического
ядра.
Алкало́иды— группа азотсодержащих
органических соединений природного
происхождения, преимущественно
гетероциклических, большинство из
которых обладает свойствами слабого
основания
ИЗОПРЕНОИДЫ, терпеноиды,
природные соединения из группы липидов,
образующиеся в живых организмах из
мевалоновой кислоты. Формально все
изопреноиды — полимеры углеводорода
изопрена (CsHs), который, однако, не участвует
в метаболизме изопреноидов. Построение
углеродного скелета изопреноидов
происходит в живых клетках путём
последовательной ферментативной
конденсации образующегося из мевалоновой
кислоты изопентенилпирофосфата (Cs-OPP).
Огромное структурное разнообразие
изопреноидов обусловлено способностью
первичных продуктов конденсации к
реакциям циклизации, окисления,
восстановления, перегруппировки, а
также к включению или элиминированию
одного или нескольких одноуглеродных
фрагментов и к присоединению к другим
метаболитам клетки (так называемые
смешанные изопреноиды). По структурному
признаку изопреноиды подразделяются
на подклассы терпенов (монотерпены),
сесквитерпенов и т. д. Некоторые дитерпены,
например витамин А или триспоровые
кислоты, образуются при окислительном
расщеплении тетратерпенов, например
бетта-каротина. Среди изопреноидов
множество физиологически активных
веществ: антибиотики, витамины A, D, Е, К,
гамоны и гормоны, жёлчные кислоты и
спирты, кардиотонические вещества,
феромоны, пигменты, в том числе участвующие
в фотосинтезе, и т д.
Дитерпены— обычные компоненты
высших растений. Они слагают большую
часть смол, в особенности у хвойных. В
смолах они находятся вместо с
фенилпропановьми производными, например
конфериловым спиртом. Как будет показано
ниже, этот спирт является основным
составляющим лигнина. Большинство
дитерпенов имеет циклическую структуру
с двумя или тремя кольцами. Среди
ациклических дитерпенов наиболее
распространен фитол. Он представляет
собой часть молекулы хлорофилла,
изобилующего в клетках растений.
Многие фазы роста развития растений
управляются так называемыми гиббереллинами,
которые можно выделить в самостоятельную
группу среди дитерпенов циклического
строения. В небольшом количестве они
обычно встречаются в составе многих
высших растений.
Тритерпены и родственные им стероиды
— очень важная группа циклических
изопреноидных соединений, содержащих
шесть изопреновых звеньев. Многие
тритерпеноиды относятся к пентациклическим
соединениям, в то время как все стероиды
имеют тетрациклическую структуру. В
сравнении со стероидами тритерпеноиды
более характерны для высших растений.
Стероиды же широко распространены как
в животном, так и растительном царстве.
Обычным биохимическим предшественником
различных тритернепов является
полиненасыщенный углеводород, часто
встречающийся в тканях растений и
животных. Впервые он был выделен из
неомыляемой фракции жира печени различных
акул. После был обнаружен в различных
количествах (иногда в концентрации до
нескольких процентов) среди неомыляемых
соединений, выделенных из большинства
организмов, которые исследовались на
предмет их присутствия. Схема, по которой
из сквалена образуется большинство
важнейших пентациклических тритерпенов.
Растения являются
продуцентами многих БАВ – соединений,
способных оказывать слияние на
биологические процессы в организме. К
таким соединениям принадлежат сердечные
гликозиды, сапонины, стерины, каратиноиды,
полифенолы, алкалоиды, витамины, хиноны,
а также вещества, обладающие специфическим
ароматом, вкусом и окраской.
Биологически
активные вещества принадлежат к продуктам
вторичного обмена, которые называют
вторичными метаболитами или вторичными
продуктами биосинтеза. В настоящее
время известно более 100 000 вторичных
метаболитов, продуцируемых
растениями.
Многие из них являются практически,
экономически важными продуктами и
используются в фармакологической,
косметической, пищевой промышленности.
Лекарственные
препараты составляют основную статью
расхода веществ растительного
происхождения, но скорее, в финансовом
отношении, чем по объему. Лекарственные
растения все еще вносят значительный
вклад в фармацевтическую промышленность,
составляя около
25% важнейших лекарственных средств.
2 Культура изолированных клеток и тканей растений.
Культуры клеток
и тканей, полученные in vitro, как и клетки
интактного растения, могут синтезировать
вторичные метаболиты, которые могут
иметь большое практическое значение.
Причем по качественному составу и
количественному составу они могут
схожи.
Культуры клеток
и тканей можно использовать для получения
природных веществ растительного
происхождения следующими способами:
— новые пути
синтеза уже известных веществ, например
кодеина, хинина, пиретроинов;
— синтез новых
продуктов из тех растений, которые
трудно выращивать или внедрять, например
тебаин из Papaver bracteatum;
— использование
культуры клеток как источника совершено
новых веществ, например, рутакультин
из культур Ruta;
— использование
культуры клеток в качестве систем для
биотрансформации: как самого процесса
с получением конечного продукта, так и
отдельного звена химического процесса,
например при синтезе дигоксина.
Практически
важные результаты использования культуры
клеток и тканей были получены в 60-х годах
ХХ века. Было показано, что такие
практически важные БАВ как диосгенин,
гармин и виснагин синтезируются
культурами клеток в тех же количествах,
как в исходном растении.
Скрининг,
проведенные среди большого количества
растений показал, что, во-первых, круг
БАВ, синтезируемых в культурах,
свидетельствует об огромном синтетическом
потенциале и разнообразии вторичного
метаболизма; во-вторых, относительно
небольшое число их пригодно для
использования в промышленности. К тому
же, определенной трудностью биосинтеза
является то, что во многих системах
растений вторичные метаболиты
накапливаются в значительных количествах
на стационарной фазе роста; в
физиологическом
плане биосинтез БАВ связан с морфологическим
развитием растения, с формированием
дифференцированных тканей.
В настоящее
время собрана большая коллекция клеточных
культур растений из различных семейств
синтезирующие вторичные метаболиты,
широко используемые в промышленности.
К ним относятся: женьшень дальневосточный
– источник гинзенозида,
диоскорея
дельтовидная – стероидные гликозиды,
равольфия змеиная – продуцент
антиаритмического алкалоида аймалина
и т.д.
Установлено
недавно, что клетки тиса ягодного
синтезирует вещество-таксол, которое
является антираковым препаратом.
Осуществляются
большие научно-технологические
исследования по культивированию клеток
и тканей растений in vitro. Прирост клеточной
биомассы в условиях in vitro и in vivo может
проходить с разной скоростью. Биомасса
клеток женьшеня в суспензии при
выращивании в 50 литровом ферментере
увеличивается на 2,0 г в литре среды за
сутки, что в 1000 раз больше, чем выращивании
на плантации. Учитывая высокую стоимость
женьшеня (килограмм плантационного
корня стоит 100-150 дол. С ША; цена дикорастущего
корня может доходить до нескольких
тысяч долларов США) биотехнологический
способ получения биомассы культуры
клеток женьшеня весьма привлекателен.
