Zastosowanie ROŚLINNYCH KULTUR TKANKOWYCH w kosmetyce

© Africa Studio - Fotolia

Początki badań nad kulturami tkankowymi

Możliwe jest prowadzenie różnego rodzaju kultur, między innymi: organów roślinnych, wierzchołków i pąków bocznych pędu, merystemów, protoplastów, zarodków, kalusa i zawiesin komórkowych. Kultura zawiesin komórkowych jest jedną z bardziej obiecujących. Już pod koniec XX wieku upatrywano korzyści ekonomicznych związanych z wykorzystaniem zawiesin komórkowych w celu otrzymania metabolitów wtórnych. Początkowe rezultaty prowadzonych badań dały wyniki zniechęcające. Naukowcy opracowali odpowiednie metody w celu utrzymania i prowadzenia masy oddzielonych komórek roślinnych w zawiesinie. Przez dosyć długi czas ich doświadczenia nie miały jednak żadnego zastosowania ani nie otrzymano metabolitów wtórnych na dużą skalę. Intensywne badania nad tym zagadnieniem wykazały, że w kulturach zawiesinowych lub w kulturach kalusa poszczególne komórki lub fragmenty roślin wytwarzają więcej metabolitów wtórnych niż cała roślina. Poprzez techniki kultur tkankowych ich produkcja może być znacznie zwiększona, a także mogą prowadzić do syntezy innych związków biologicznie aktywnych.

Tkanka kalusowa

Tkanka kalusowa, powstająca w wyniku prowadzenia kultur kalusa, jest nazywana tkanką przyranną. Ma wygląd bezpostaciowej masy, stale się dzieli i jest histologicznie bezładna. Każdy rodzaj tkanki roślinnej może być wykorzystany do indukcji kalusa, ale najczęściej wykorzystuje się w tym celu fragmenty liści bądź łodygi. Przybiera kolor od jasnokremowego, poprzez intensywnie zielony, aż do brązowego. Kalus jest niestabilny genetycznie, często zdarzają się zmiany liczby chromosomów, prowadzące do powstania mutacji. Wynika to z szybkiego tempa podziału komórek. Komórki tkanki kalusowej są totipotentne, czyli mają możliwość regeneracji w dowolny organ pod wpływem odpowiedniego działania regulatorów wzrostu (redyferencja) – i odwrotnie: z organu roślinnego jest możliwe otrzymanie tkanki kalusowej (dyferencja).

Kultury kalusa są materiałem wyjściowym dla zainicjowania kultur zawiesinowych i ich agregatów. Po mechanicznym rozdrobnieniu kalusa na mniejsze fragmenty należy umieścić je w płynnej pożywce o odpowiednim składzie makro - i mikroelementów, nie zestalonej agarem. Kultury zawiesinowe, zwane inaczej zawiesinami komórkowymi, to zbiór pojedynczych, szybko dzielących się komórek. W zawiesinie komórkowej oprócz pojedynczych komórek znajdują się także skupiska tworzące agregaty komórkowe. Mogą one być niewidoczne gołym okiem, o rozmiarze od kilku do kilkudziesięciu komórek, lub większe, o wielkości kilku milimetrów. Kultura zawiesinowa do właściwego prowadzenia wymaga stale wytrząsanej pożywki, co zapewnia jej odpowiedni poziom napowietrzenia. Kultura zawiesinowa jest uważana za najlepszy rodzaj kultury, która jest wykorzystywana przez badaczy do produkcji cennych, roślinnych metabolitów wtórnych.

Metabolity wtórne

Roślinne metabolity wtórne to grupa niskocząsteczkowych związków organicznych o bardzo zróżnicowanej strukturze chemicznej. Zaliczane są do nich między innymi: alkaloidy, fitoaleksyny, kumaryny, olejki eteryczne, sterole, taniny, terpeny, związki fenolowe i wiele innych. Ich liczbę szacuje się na około 200 000 związków. Ze względu na szeroką aktywność biologiczną oraz swoje właściwości, roślinne metabolity wtórne znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym, perfumeryjnym, w produkcji barwników, a także nutraceutyków. W krajach zachodnich, gdzie chemia jest podstawą przemysłu farmaceutycznego, 25% związków pochodzi z naturalnych źródeł. Metabolity wtórne są także wykorzystywane w medycynie tradycyjnej.

W celu zwiększenia jakości i produkcji metabolitów wtórnych przez rośliny w kulturach in vitro, stosuje się dodatek elicytorów do pożywki, na której prowadzi się tkanki roślinne. Elicytory to związki chemiczne, które indukują u roślin reakcje biochemiczne (odpornościowe). Indukcja lub przyspieszenie syntezy metabolitów wtórnych przez roślinę pod wpływem elicytorów jest nazywana elicytacją. Najpopularniejszym elicytorem jest kwas jasmonowy lub jego ester metylowy.

BIBLIOGRAFIA

1. Bourgaud F., Gravot A., Milesi S., Gontier E. 2001. Production of plant secondary metabolites: a historical perspective. Plant Sci. 161: 839 851.
2. Doliński R. 2004. Indukcja kalusa i regeneracja roślin żeń-szenia amerykańskiego (Panax quinquefolius L.). Ann. UMCS: Sec. E. 59(1): 1131 1138.
3. Alfermann A.W., Petersen M. 1995. Natural products formation by plant cell biotechnology. Plant Cell Tissue Org. 43: 199 205.
4. Gruszczyńska A., Rakoczy-Trojanowska M. 2007. Charakterystyka genów ulegających ekspresji podczas somatycznej embriogenezy u roślin. Biotech. 1(76): 96 106.
5. Skucińska B. 2005. Kultura komórek i tkanek. W: Malepszy S. (red.). Biotechnologia roślin. PWN, Warszawa. S. 13 33.
6. Kępczyńska E. 2006. Kiełkowanie i konwersja somatycznych zarodków in vitro. Biotech. 4(75): 78 94.