Какие биообьекты можно использовать для трансформции растений кроме плазид?

Какие вы знаете степени риска и опасности в биоинженерии и пути их преодоления? Жизнь человека и общества, существование и деятельность государства должны быть надежно защищены от любых внутренних и внешних воздействий. Продукция должна отвечать требованиям биобезопасности. Имеется степень риска и опасности в биотехнологиях и биоинженерии, однако намечены пути их преодоления. Существует закон о государственном регулировании генно-инженерной деятельности в РК, постановления и другие нормативные акты Правительства РК в области биобезопасности. Работает межведомственная комиссия при Правительстве РК по генно-инженерной деятельности. Трансгенные растения, животные и микроорганизмы проходят регистрацию. Пищевые продукты, полученные из трансгенных растений и животных маркируются. Природные, техногенные и другие факторы оказывают постоянное и значительное воздействие на человека и окружающую его среду обитания. Эти воздействия могут быть положительными и отрицательными. Наука, общество, государство должны разрабатывать и эффективно использовать системы мер по защите человека и окружающей среды от вредных воздействий любых опасных факторов. Из этого важнейшего положения вытекает общее понятие о безопасности человека, общества, государства, цивилизации, под которым понимается устойчивое состояние защищенности жизненно важных интересов личности и самой жизни человека, общества и государства от внешних и внутренних угроз (1-3).

Каллусная ткань – источник веществ вторичного метаболизма. Мировой спрос на продукты растениеводства. Существующие методы субкультивированияизолированных клеток в условиях invitro, позволяют использовать их как для фундаментальных исследований, так и для практического применения. Особый интерес представляет способность изолированных клеток, тканей и органов синтезировать вещества вторичного метаболизма, которые широко используются в медицине, защите растений, ветеринарии, кормопроизводстве, пищевой промышленности, парфюмерии и др. (рис. 4).
Клеточная биотехнология для получения физиологически активных веществ имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием традиционного растительного сырья:

получение биомассы клеток не зависит от сезона, климатических и почвенных условий;

возможность оптимизировать условия культивирования суспензии клеток, позволяющих синтезировать в необходимом количестве нужные вещества;

автоматизация процесса.

Рис. 4 - Схема путей биосинтеза основных классов вторичных метаболитов из продуктов первичного обмена (названия классов вторичных метаболитов выделено синим цветом)

Установлено, что каллусные клетки, культивируемые invitro, так же, как и клетки интактного растения, могут синтезировать вторичные метаболиты.
Исследования показали, что, как правило, синтез вторичных метаболитов происходит во внутриклеточных органеллах: пластидах, хлоропластах, митохондриях, ЭПР, лейкопластах; транспорт в соседние клетки или питательную среду не происходит, а вакуоли и свободное пространство клетки часто используются для накопления (депонирования) метаболитов.Основные способы культивирования штаммов-продуцентов.Изучение физиологии штамма-продуцента лежит в основе организации и планирования каждого биотехнологического процесса. Накопление информации о потребностях штамма-продуцента, влияние различных изменений, происходящих в системе культивирования, все эти факторы являются неотъемлемой частью исследований, направленных на оптимизацию условий культивирования. Проведение такого рода исследований требует стабильных показателей условий ферментации.
Оптимизация давно существующих промышленных процессов начиналась с эмпирического подбора условий методом «проб и ошибок». При большой затрате времени и труда, в конечном итоге, устанавливали состав сред и режим культивирования, наиболее приемлемые экономически, которые в дальнейшем также эмпирически возможно совершенствовать при ведении процесса в промышленном масштабе.
По мере развития технологии производства, изучения физиологии и биохимии клеток методы их культивирования в лаборатории и в промышленности совершенствовались и видоизменялись. Многие технологические приемы проведения химических реакций оказались пригодными для биотехнологических процессов, прежде всего проведения их в реакторах — ферментерах со всем необходимым для этого оснащением. Существует ряд методов культивирования клеток, применяемых на лабораторном этапе разработки промышленного процесса, затем работы ведутся в укрупненном масштабе в емкостях среднего размера (десятки литров) и, наконец, — в крупномасштабном варианте, в емкостях в сотни кубометров .Особенности вторичного обмена растений Целебное действие лекарственных растений обусловлено присутствием в них биологически активных веществ, относящихся обычно к продуктам специализированного (вторичного) обмена.Реакции и соединения первичного обмена являются общими для всех живых организмов. В то же время существует огромное число метаболических путей, приводящих к образованию соединений, присущих лишь немногим видам растений. Чем больше химических реакций необходимо для синтеза какого-либо вторичного соединения, тем более ограничено его распространение.Вторичный метаболизм — это особенность дифференцированных растительных клеток и тканей. Он присущ обычно только специализированным органам и только определенным фазам развития растений. Вторичные метаболиты обладают таксономической специфичностью, то есть каждый из них синтезируется определенным таксоном (на уровне семейства, рода, вида). Следует отметить связь между первичным и вторичным обменами: как правило, предшественники вторичных метаболитов образуются в процессах первичного обмена, а многие продукты вторичного обмена участвуют в жизненно важных процессах роста и развития.
К настоящему времени стало достаточно условным разделение первичного и вторичного обменов. Так, некоторые фитогормоны, каротиноиды, стерины, пренилфосфаты, пренилхиноны, пренилированыебелки имеют полностью или частично изопреноидноепроисхождение и участвуют в росте и развитии всех растительных организмов.Вторичный обмен растений отличается от такового микроорганизмов и животных удивительным разнообразием структур образующихся продуктов. Одним из главных условий выживания растений в биоценозах стала биохимическая адаптация. Вторичные метаболиты, по-видимому, играют в этом главную роль, поскольку среди них обнаружены соединения с аллелопатическими (воздействующими на соседние растения), инсектицидными(воздействующими на насекомых), фунгицидными(воздействующими на грибы) и бактерицидными свойствами, а также вещества, токсичные и ядовитые для животных и рыб, фитоалексины (вещества, защищающие растения от патогенных микроорганизмов) и вещества, подобные гормонам животных (фитоэкдизоны — аналоги гормонов линьки насекомых, аналоги половых гормоновмлекопитающих). В основу классификации вторичных метаболитов положен биогенетический принцип, что резко отличает ее от химической классификации (по характеру функциональных групп).
Изучению путей биосинтеза вторичных метаболитов способствовало применение в качестве возможных предшественников более простых соединений, меченных изотопами 14С, 13С, 15N, 2Н. В последнее время особенно широко применяют в качестве метки стабильные, а не радиоактивные изотопы с последующим анализом продуктов методом спектроскопии ядерно-магнитного резонанса.
К основным классам вторичных метаболитов растений относятся алкалоиды, изопреноиды и фенольные соединения, в том числе флавоноиды. В растениях синтезируются также цианогенныегликозиды, поликетиды, витамины. Из 30 известных витаминов около 20 поступает в организм человека или животных с растительной пищей. Растения являются не только ценным, но и предпочтительным источником витаминов для человека, поскольку в этом случае практически исключается возможность передозировки и возникновения гипервитаминозов, что подчас происходит при употреблении синтетических витаминных препаратов.
В современной медицине применяют жирные кислоты и масла, а также полисахариды растительного происхождения, не относящиеся к вторичным метаболитам. В качестве примера можно упомянуть касторовое масло из семян клещевины, масло облепихи, обладающее ранозаживляющим действием.

Каллусная ткань и типы каллусной ткани.Каллусогенез, регуляторы роста, участвующие в процессе каллусообразования: Каллуснаякультура –это неорганизованная пролиферирующая ткань, состоящая из дифференцированных клеток. Каллус (означает мозоль) может образовываться как на изолированных кусочках ткани эксплантах, так и на целом растении при поражении. Каллусная ткань аморфна и не имеет анатомической структуры и может быть разной консистенции:1. рыхлой, состоящей из сильно оводненных клеток, легко распадающихся на отдельные рыхлые анрегаты; 2. средней плотности с хорошо выраженными отдельными меристематическими очагами; 3. плотной, в которой дифференцируются элементы камбия и проводящей системы.

В состав питательных сред в виде солей входят основные элементы, необходимые для поддержания жизни растений: калий, кальций, азот, магний, фосфор, сера, а также микроэлементы: железо, цинк, бор, медь, марганец, кобальт и другие.Культивируемые клетки не способны к фотосинтезу, поэтому в состав питательных сред в качестве источника энергии включен сахар, чаще всего сахароза или глюкоза. Каллусные клетки нуждаются также в витаминах. Потребность в органическом азоте удовлетворяется за счет введения в состав среды гидролизата казеина или отдельных аминокислот. Очень важным компонентом питательных сред являются природные фитогормоны (ИУК, ИМК, зеатин) или синтетические регуляторы роста с гормональной активностью: ауксиновой – нафтилуксусная кислота (НУК), 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д) или цитокининовой - бензиламинопурин (БАП), кинетин и др. Разработано несколько вариантов стандартных питательных сред. Ткань, образующаяся на питательной среде из клеток экспланта, называется первичным каллусом. Для поддержания его роста по мере истощения элементов питания часть каллуса периодически переносят на свежую питательную среду. Время между пересадками (субкультивированиями) варьирует в зависимости от скорости роста тканей от 3 до 6 недель. Каллус, постоянно поддерживаемый в культуре in vitro, называется пассируемым. Культивирование каллуса на твердой питательной среде называется поверхностным. Помимо поверхностной культуры можно получить суспензионную культуру клеток, выращиваемую в жидкой питательной среде. Состав жидкой среды, как правило, такой же, как и твердой, но без агара. Для получения суспензионной культуры больше подходят рыхлые каллусы, распадающиеся в жидкой среде на отдельные клетки и группы из 5-50 клеток – агрегаты. Суспензионные культуры выращивают в колбах при обязательном перемешивании на качалках, чтобы обеспечить нормальное снабжение клеток кислородом. Периодически часть суспензии переносят в свежую питательную среду для поддержания непрерывного роста. Клетки в жидкой питательной среде размножаются обычно быстрее, чем на твердой, поэтому промежуток времени между пересадками сокращается до 2-3 недель.