BÁO CÁO KHOA HỌC: Nuôi cấy tế bào Nhân sâm Panax ginseng trong bioreactor: Vai trò của ôxy trong sản xuất sinh khối và sản phẩm ginsenoside

Ảnh hưởng của nồng độ ôxy (20.8-50%) đến quá trình nuôi cấy tế bào Panax ginseng đã được nghiên cứu trong bioreactor hình cầu với dung tích 5l có chứa 4l môi trường MS. Ở nồng độ ôxy 40% đã cho thấy là thích hợp cho việc sản xuất sinh khối và sản phẩm ginsenoside với kết quả thu được là 12.8 g/L sinh khối khô, và 4.5 mg/g SKK ginsenoside vào ngày thứ 25. Các nồng độ ôxy 20.8, 30 và 50% là không thích hợp cho quá trình nuôi cấy tế bào cũng như sự tích lũy sản...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
BÁO CÁO KHOA HỌC: "Nuôi cấy tế bào Nhân sâm Panax ginseng trong bioreactor: Vai trò của ôxy trong sản xuất sinh khối và sản phẩm ginsenoside"Nuôi cấy tế bào Nhân sâm Panax ginseng trongbioreactor: Vai trò của ôxy trong sản xuất sinh khối vàsản phẩm ginsenosideẢnh hưởng của nồng độ ôxy (20.8-50%) đến quá trình nuôicấy tế bào Panax ginseng đã được nghiên cứu trongbioreactor hình cầu với dung tích 5l có chứa 4l môi trườngMS. Ở nồng độ ôxy 40% đã cho thấy là thích hợp cho việcsản xuất sinh khối và sản phẩm ginsenoside với kết quả thuđược là 12.8 g/L sinh khối khô, và 4.5 mg/g SKKginsenoside vào ngày thứ 25. Các nồng độ ôxy 20.8, 30 và50% là không thích hợp cho quá trình nuôi cấy tế bào cũngnhư sự tích lũy sản phẩm ginsenoside. Kết quả trên đâycũng chỉ ra rằng ôxy là nhân tố hữu hiệu trong sản xuấtsinh khối và sản phẩm ginsenoside ở quy mô lớn hơn.I. ABSTRACTThe effects of oxygen supply within the range of 20.8%-50% (along with purified air), on high-density cell cultureof Panax ginseng were investigated in an balloon typebioreactor (5 l capacity and containing 4 l of MS medium).A 40% oxygen supply was found optimal for theproduction of cell mass and ginsenoside withcorresponding values of 12.8 g l-1 DW, 4.5-mg/g DW onday 25, respectively. A low (20.8%, 30%) and well as highconcentration of oxygen (50%) supply was unfavorable tothe cell cultures and they affect the cell growth andginsenoside accumulation. The results indicate that oxygenis a key factor in scaling up the process of suspensioncultures of Panax ginseng and supplementation of oxygenis useful for efficient large-scale production of ginsenosidesby the submerged cultures.II. INTRDUCTIONPlants are an abundant source of a large number of usefulproducts including pharmaceutical and food additives.Plant cell cultures are an alternative source to whole plantfor the production of high-value secondary metabolites.During the past decade, a considerable progress has beenmade to stimulate formation and accumulation ofsecondary metabolites using plant cell cultures (Rao andRavishankar, 2002). Ginseng (Panax ginseng C. A. Meyer),a member of Araliaceae, is traditionally considered one ofthe most potent medicinal plants. Ginsenosides have beenregarded as the most important active components inginseng roots and are attributed with cardio-protective,immunomodulatory, anti-fatigue, and hepato-protectivephysiological and pharmacological effects (Zhang andZhong, 1997).In recent years, plant cells are cultured in large-scalebioreactors for production of secondary metabolitesincluding pharmaceuticals, pigments, and other chemicals(Rao and Ravishankar, 2002). Growth and accumulation ofsecondary metabolites in large-scale bioreactors isinfluenced by various factors such as shear stress, oxygensupply, and gas composition. A conventional stirred-tankbioreactor can produce a high shear region, while in man ycases airlift and bubble column reactors are used forproviding shear environment compared to turbine-agitatedreactors. As reported, oxygen supply is also significant inaffecting secondary metabolites formation in cell cultures(Gao and Lee, 1992; Zhong et al., 1993; Han and Zhong,2003). Gas exchange between the gas and liquid phases isanother important factor that may affect the scale-up ofplant cell cultures. In bioreactors, forced aeration is neededto supply oxygen and to improve fluid mixing. However, itmay also lead to the removal of some known (such as CO2and ethylene) or unknown gaseous compounds. Suchgaseous metabolites were proven or suggested to beimportant for cell growth and/or synthesis of secondarymetabolites in plant cell cultures (Gao and Lee, 1992).The concentration of dissolved oxygen can be easilycontrolled in bubble/airlift bioreactors and interactionbetween O2 supply, cell growth and metabolite biosynthesiscan be observed. In this study, we have used balloon typebioreactors for cell cultures of ginseng and the interactionbetween oxygen supply, cell growth, and ginsenosideproduction was investigated. The significance of gascontrol during bioreactor culture has been established andthis study is considered useful for biotechnologicalapplication ginseng cell cultures to the production ofginsenosides on a large scale.III. MATERIALS AND METHODSInduction and proliferation of callus Six-year-old fresh ginseng roots (Panax ginseng C. A.Meyer) were sterilized and cultured as described by Yu,(2000).Bioreactor culturesA five-liter capacity balloon type bioreactors were usedcontaining 4 l of MS (Murashige, Skoog, 1962) mediumworking volume with the culture condition as described byThanh et al., (2004; 2005) to increase the biomass. Sixtygrams cell fresh weight per liter was added as inoculum. Inthe bubble bioreactor, a sinter glass was used for aeration,and the airflow rate was adjusted during cultivation ...