Sản xuất các hợp chất thứ cấp từ nuôi cấy tế bào thực vật

Thực vật là nguồn cung cấp các hợp chất dùng làm dược liệu hoặc phụ gia thực phẩm có giá trị. Những sản phẩm này được biết như là các chất trao đổi thứ cấp, thường được hình thành với một lượng rất nhỏ trong cây và chức năng trao đổi chất chưa được biết đầy đủ. Chúng dường như là sản phẩm của các phản ứng hóa học của thực vật với môi trường hoặc là sự bảo vệ hóa học chống lại vi sinh vật và động vật. Những nghiên cứu về các hợp chất thứ cấp có...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sản xuất các hợp chất thứ cấp từ nuôi cấy tế bào thực vật 1 Sản xuất các hợp chất thứ cấp từ nuôi cấy tế bào thực vật Nguyễn Hoàng Lộc Viện Tài nguyên, Môi trường và Công nghệ sinh học, Đại học Huế1. Các hợp chất thứ cấp thực vật Thực vật là nguồn cung cấp các hợp chất dùng làm dược liệu hoặc phụ gia thực phẩmcó giá trị. Những sản phẩm này được biết như là các chất trao đổi thứ cấp, thường được hìnhthành với một lượng rất nhỏ trong cây và chức năng trao đổi chất chưa được biết đầy đủ.Chúng dường như là sản phẩm của các phản ứng hóa học của thực vật với môi trường hoặc làsự bảo vệ hóa học chống lại vi sinh vật và động vật. Những nghiên cứu về các hợp chất thứcấp có nguồn gốc thực vật đã phát triển từ cuối những năm 50 của thế kỷ 20 (Rao và cs 2002).Các chất trao đổi thứ cấp có thể xếp trong ba nhóm chính là alkaloid, tinh dầu và glycoside. Các alkaloid có dạng tinh thể là các hợp chất chứa nitrogen, có hoạt tính sinh lý trêntất cả động vật và được sử dụng trong công nghiệp dược. Họ alkaloid bao gồm: codein,nicotine, caffeine và morphine. Một số loài thực vậ - - (họSolanaceae). Người ta thường gặp trong một cây tập hợp các alkaloid có cấu trúc hóa học gầngiống nhau. Đôi khi toàn câ - - (họTaxaceae).dụng lên mạch máu (hydrastin, ephedrin...), một số khác tác dụngdụng làm thuốc chữa bệnh (Misawa, 1994). Các tinh dầu chứa hỗn hợp terpenoid, được sử dụng như chất mùi, chất thơm và dungmôi. Giống như những , ví dụ monoterpenechứa 2 đơn vị isoprene, sesquiterpene chứa 3 đơn vị isoprene, diterpene chứa 4 đơn vịisoprene (Lee 2001). Các glycoside bao gồm các hợp chất phenol và flavonoid, saponin và các cyanogenicglycoside, một số trong chúng được sử dụng làm thuốc nhuộm, chất mùi thực phẩm và dượcphẩm (Lee 2001).2. Nuôi cấy tế bào thực vật Kỹ thuật nuôi cấy tế bào thực vật tiêu biểu cho tiềm năng cải thiện các hợp chất có giátrị trong y dược, gia vị, hương liệu và màu nhuộm mà không thể sản xuất chúng từ các tế bàovi sinh vật hoặc tổng hợp bằng con đường hóa học. Những năm gần đây, sự phát triển của cáchợp chất thứ cấp quan trọng trong thương mại là kết quả được mong đợi nhất trong lĩnh vựcnghiên cứu này. Ưu thế về mặt nguyên lý của kỹ thuật nuôi cấy tế bào thực vật là có thể cung 2cấp liên tục nguồn nguyên liệu để tách chiết một tỷ lệ lớn lượng hoạt chất từ tế bào thực vậtnuôi cấy (Mulbagal and Tsay, 2004). Một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến việc sản xuất các hợp chất thứ cấptừ tế bào thực vật là sự phân hóa hình thái. Nhiều hợp chất thứ cấp được sản xuất trong suốtquá trình phân hóa tế bào, vì thế chúng được tìm thấy trong các mô có khả năng phân hóa caonhư rễ, lá và hoa. Do sự phân hóa hình thái và sự trưởng thành không xuất hiện trong nuôi cấytế bào nên các chất thứ cấp có khuynh hướng ngưng tạo thành trong quá trình nuôi cấy. Tuynhiên, các tế bào không phân hóa trong nuôi cấy huyền phù thường tạo thành một khối vàitrăm tế bào, các tế bào ở giữa khối có sự tiếp xúc với môi trường khác với các tế bào ở bênngoài nên sự phân hóa sẽ xuất hiện tới một mức độ nào đó trong khối để tạo thành các chất thứcấp (Lee 2001). Nuôi cấy tế bào huyền phù thường khởi đầu bằng cách đặt các khối callus dễ vỡ vụntrong môi trường lỏng chuyển động (lắc hoặc khuấy). Trong quá trình nuôi cấy, các tế bào sẽdần dần tách ra khỏi mẫu do những chuyển động xoáy của môi trường. Sau một thời gian ngắntrong dịch huyền phù sẽ có các tế bào đơn, các cụm tế bào với kích thước khác nhau, các mẫunuôi cấy còn thừa chưa phát triển và các tế bào chết. Tuy nhiên, cũng có những dịch huyềnphù hoàn hảo, chứa tỷ lệ cao các tế bào đơn và tỷ lệ nhỏ các cụm tế bào. Mức độ tách rời củatế bào trong nuôi cấy phụ thuộc vào đặc tính của các khối tế bào xốp và có thể điều chỉnh bằngcách thay đổi thành phần môi trường (Misawa, 1994). Bên cạnh nuôi cấy tế bào huyền phù, nuôi cấy callus (trên môi trường rắn) có ưu điểmlà thao tác thí nghiệm đơn giản, dễ vận chuyển mẫu nhưng nhược điểm là thể tích nuôi cấy bénên khó phát triển ở quy mô công nghiệp, mẫu nuôi cấy chỉ tiếp xúc được một mặt với nguồndinh dưỡng, những sản phẩm do mẫu nuôi cấy tạo ra trong quá trình trao đổi chất sẽ tích tụxung quanh dẫn đến làm chậm sự sinh trưởng của tế bào. Vì thế, nuôi cấy tế bào huyền phùthích hợp hơn cho việc sản xuất sinh khối tế bào thực vật vì có thể duy trì và thao tác tương tựvới các hệ ...