Chương 7: Nuôi cấy tế bào thực vật

Thực vật là nguồn cung cấp các hợp chất hóa học khác nhau rất có giá trị, chẳng hạn các chất dùng làm dược liệu, các chất tạo mùi, các chất dùng làm gia vị, các sắc tố và các hóa chất dùng trong nông nghiệp (Bảng 7.1). Những sản phẩm này, được biết như là các chất trao đổi thứ cấp (secondary metabolites), thường được sản xuất với một lượng rất nhỏ (dạng vết) trong thực vật và không có chức năng trao đổi chất rõ ràng1. Chúng dường như là sản phẩm của các phản ứng hóa học...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 7: Nuôi cấy tế bào thực vậtChương 7 Nuôi cấy tế bào thực vậtI. Mở đầu Thực vật là nguồn cung cấp các hợp chất hóa học khác nhau rất có giátrị, chẳng hạn các chất dùng làm dược liệu, các chất tạo mùi, các chất dùnglàm gia vị, các sắc tố và các hóa chất dùng trong nông nghiệp (Bảng 7.1).Những sản phẩm này, được biết như là các chất trao đổi thứ cấp (secondarymetabolites), thường được sản xuất với một lượng rất nhỏ (dạng vết) trongthực vật và không có chức năng trao đổi chất rõ ràng1. Chúng dường như làsản phẩm của các phản ứng hóa học của thực vật với môi trường chungquanh, là sự thích nghi với stress của môi trường hoặc là sự bảo vệ hóa họcchống lại vi sinh vật và động vật. Mặc dù, hóa học tổng hợp hữu cơ đạt nhiều thành tựu quan trọngnhưng nhiều hợp chất trao đổi thứ cấp (thường gọi là các chất thứ cấp) vẫncòn khó tổng hợp hoặc có thể tổng hợp được nhưng chi phí rất đắt. Chẳnghạn, một số hỗn hợp phức tạp như tinh dầu hoa hồng là không thể tổng hợphóa học được. Để sản xuất các sản phẩm thứ cấp từ thực vật, các mô thựcvật ngoại sinh (chẳng hạn từ cây hoàn chỉnh) có thể được sử dụng để nuôicấy tế bào dịch huyền phù (cell suspension culture) trong điều kiện vô trùng.Cơ sở khoa học của kỹ thuật này là dựa trên tính toàn thể hóa sinh(biochemical totipotency) duy nhất của tế bào thực vật. Nuôi cấy tế bào thực vật trong điều kiện in vitro để sản xuất các chấtthứ cấp có một số ưu điểm sau: - Các tế bào thực vật có thể được nuôi cấy trong các điều kiện nhântạo mà không phụ thuộc vào thời tiết và địa lý. Không cần thiết để vậnchuyển và bảo quản một số lượng lớn các nguyên liệu thô.1 Các chất sơ cấp được sản xuất với số lượng lớn hơn các chất thứ cấp và có cácchức năng trao đổi đặc biệt. Các chất sơ cấp thu được từ thực vật bậc cao được sửdụng như là thực phẩm, các phụ gia thực phẩm, và các nguyên liệu thô trong côngnghiệp như là các carbohydrate, dầu thực vật, protein và các acid béo. 100Công nghệ tế bào Bảng 7.1. Các sản phẩm tiềm năng của thực vật đang được quan tâm. Chất màu Anthocyanin, betacyanin, saffron Chất mùi Chuối, mơ, táo, đào, nho, lê, dứa, quả mâm xôi, nho, măng tây, capsicum, cà chua, cần tây, vanilla, cocoa. Thực phẩm Chất ngọt Miraculin, monellin, stevioside, thaumatin Gia vị Bạch đậu khấu, long não, cây hương thảo, nghệ, ngải đắng Tinh dầu Tỏi, hoa nhài, chanh, hành tây, bạc hà, hoắc hương, hoa hồng, vetiver Các alkaloid Ajmalacine, atropine, berberine, codein, hyoscyamine, morphine, scopolamine, vinblastine, vincristine, camptothecin, quinine, serpentine Dược liệu Các steroid Digitoxin, digoxin, diosgenin Các chất khác Ginsengoside, shikonin, ubiquinone-10, rosmarinic acid, diosgenin, L-Dopa, saponin Các protein tái Kháng thể đơn dòng, các interleukin, tổ h ợ p GM-CSF, các enzyme khác Nông nghiệp Hóa chất Pyrethrin, rotenone, neriifolin, salannin, azadirachtin, các hóa chất alleopathic - Có thể kiểm soát chất lượng và hiệu suất của sản phẩm bằng cáchloại bỏ các trở ngại trong quá trình sản xuất thực vật, như là chất lượng củanguyên liệu thô, sự đồng nhất giữa các lô sản xuất và sự hư hỏng trong quátrình vận chuyển và bảo quản. - Một số sản phẩm trao đổi chất được sản xuất từ nuôi cấy dịch huyềnphù có chất lượng cao hơn trong cây hoàn chỉnh. Thách thức lớn nhất đối với công nghệ tế bào thực vật là sự ổn địnhcho phép nuôi cấy tế bào thực vật trên quy mô lớn và đạt hiệu suất tối đa 101Công nghệ tế bàocho sự tích lũy và sản xuất các chất thứ cấp. Điều này có thể thực hiện bằngcách chọn lọc các kiểu gen thích hợp và các dòng tế bào có sản lượng cao,xây dựng các công thức môi trường dinh dưỡng hợp lý để nuôi cấy tế bào,thiết kế và vận hành các hệ thống nuôi cấy tế bào (bioreactor) hiệu quả.Chúng ta cũng có thể sử dụng kinh nghiệm và kiến thức có được từ nuôi cấyvi sinh vật để áp dụng cho nuôi cấy tế bào thực vật. Tuy nhiên, tế bào thựcvật và vi sinh vật có một số đặc điểm khác nhau, vì thế cần phải cải tiến vàđiều chỉnh các điều kiện nuôi cấy cũng như cấu hình của nồi phản ứng(reactor) để tìm được các yêu cầu đặc thù của nuôi cấy tế bào thực vật. ...