CHƯƠNG IV. CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY TẾ BÀO ĐƠN

Chia sẻ: Nguyễn Thị Phương Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

280
lượt xem 82
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG IV. CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY TẾ BÀO ĐƠN Mọi cơ thể sinh vật phức tạp đều gồm nhiều đơn vị nhỏ các tế bào hợp thành“ hay “Tế bào là đơn vị sống căn bản của mọi cấu trúc thực vật” (Schleiden và Schwann, 1838). • Đến năm 1960, Melcher và Bergman là những tác giả đầu tiên tách và nuôi cấy thành công tế bào đơn của thực vật trong các bình lên men với môi trường nhân tạo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG IV. CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY TẾ BÀO ĐƠN

3/24/2011 • “Mọi cơ thể sinh vật phức tạp đều gồm nhiều đơn vị nhỏ các tế bào hợp thành“ hay “Tế bào là đơn vị sống căn bản của mọi cấu trúc thực vật” (Schleiden và Schwann, 1838). • Đến năm 1960, Melcher và Bergman là những CHƯƠNG IV. tác giả đầu tiên tách và nuôi cấy thành công tế bào đơn của thực vật trong các bình lên CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY men với môi trường nhân tạo. TẾ BÀO ĐƠN Ví dụ về hợp chất thứ cấp Sản phẩm biến dưỡng của thực vật Hợp chất ginsenosid từ cây Nhân sâm (Panax • Sản phẩm sơ cấp: carbohydrate, acid ginseng): béo, acid amine,… • Tác dụng đến hệ thần • Sản phẩm thứ cấp: alkaloid, nicotine, kinh trung ương; berberin, ginsenosid, palitaxel,… • Gia tăng sức đề kháng;  Sản phẩm thứ cấp giúp đáp ứng • Tăng cường co bóp cơ stress, phòng vệ chống vi sinh vật, côn tim trùng,… • Hạ đường huyết Ví dụ về hợp chất thứ cấp Ví dụ về hợp chất thứ cấp Hợp chất ginsenosid • Đan sâm, Đảng sâm, Giác sâm, Hải quy từ cây Sâm Ngọc Linh sâm, Hồng sâm, Khổ sâm, Sa sâm, Sâm (Panax vietnamensis Ha bòng bong, Sâm bố chính, Sâm chèo mèo, et Grutzv.) Sâm cuốn chiếu, Sâm đại hành, Sâm đất, Sâm lông, Sâm nam, Sâm ớt,… • Sâm Ngọc Linh, Sâm Tam Thất, Sâm Nam (Ngũ gia bì), Sâm Vũ Diệp (Trúc tiết Nhân sâm) 1
3/24/2011 Ví dụ về hợp chất thứ cấp Ví dụ về hợp chất thứ cấp Saponin: • Làm giảm sức căng bề mặt, tạo bọt nhiều khi lắc • Giới : Plantae với nước, có tác dụng nhũ hóa và tẩy sạch. • Ngành : Magnoliophyta • Làm vỡ hồng cầu ngay ở những nồng độ rất loãng. • Lớp : Magnoliopsida • Độc với cá và động vật máu lạnh; có tác dụng diệt • Bộ : Apiales những loài thân mềm như giun, sán, ốc sên. • Họ : Araliaceae • Kích ứng niêm mạc, gây hắt hơi, đỏ mắt. • Chi : Panax • Có thể tạo phức với cholesterol hoặc với các chất 3-ß-hydroxysteroid khác Ví dụ về hợp chất thứ cấp Ví dụ về hợp chất thứ cấp • Saponin steroid phân bố hẹp, được tìm Hợp chất taxol từ thấy trong những loài cây một lá mầm và cây Thông đỏ (Taxus một ít cây hai lá mầm: Araliaceae, wallichiana Zucc.): Agavaceae, Smilacaceae,... • Trong cây, saponin thường tích lũy ở những bộ phận khác nhau: tích lũy ở quả như bồ kết, bồ hòn; tích lũy ở rễ như cam thảo, viễn chí, cát cánh; tích lũy ở lá như dứa Mỹ,… Hàm lượng trong cây thường rất cao có một số trường hợp lên đến 10 % Hàm lượng Tế bào thực vật có thể được nuôi Tốc độ sinh tổng paclitaxel TB Vật liệu thực vật cấy trong các hệ thống thích hợp hợp đặc biệt (% trọng lượng để sản xuất ra những hợp chất thứ khô) cấp với sản lượng cao hơn cây Vỏ cây trưởng thành 4.70 x 10-6 nguyên vẹn 0.017 (100 năm tuổi) mg/g/day 0.34 x 10-6 Cây con 0.005 (4 năm tuổi) mg/g/day Nuôi cấy mô 0.64 mg/l/day 0.200 10-6 400 x Taxomyces andreanae - mg/l/day 2
3/24/2011 Quá trình nuôi cấy Những hợp chất được tạo ra trong công nghệ nuôi cấy mô và tế bào thực vật để sử dụng làm thuốc bao gồm: diosgenin, codeine, morphine, atropine, hyoscy- amine, scopolamine, digoxin, digitoxin, quinine, reserpine, artemisinin Ưu điểm Điểm khác biệt giữa nuôi cấy tế bào đơn thực vật và VSV • Điều kiện nuôi cấy có thể được kiểm soát và có thể được tối ưu cho việc sản xuất • Mức độ vô trùng sản phẩm trao đổi chất thứ cấp. • Tồn tại dưới dạng huyền phù • Tế bào có thể được chọn lọc và cải thiện • Tốc độ phân chia  sinh khối bằng cách nhân dòng, gây đột biến hoặc biệt hóa dùng phương pháp hóa học hoặc • Phương thức sinh dưỡng phương pháp sinh học. • Các chất được tạo ra trong quá trình • Có thể dễ dàng nghiên cứu chuyển hóa trao đổi chất các chất trong tế bào và cơ chế sản xuất sản phẩm trao đổi chất thứ cấp. Đặc điểm sinh lý của tế bào Đặc điểm sinh lý của tế bào đơn trong nuôi cấy đơn trong nuôi cấy • Nguyên liệu để nuôi cấy tế bào đơn trong môi Tế bào đơn phát triển thành dòng tế bào có trường lỏng là những tế bào mô sẹo. các đặc tính sau: • Trong quá trình phát triển trong môi trường • Tách riêng từng tế bào dễ dàng; lỏng, các tế bào đơn của thực vật thường phát • Các tế bào có độ đồng nhất cao; triển qua bốn giai đoạn: thích nghi, tăng trưởng, • Tế bào có nhân to, nguyên sinh chất đậm đặc cân bằng và suy tàn. • Có chứa nhiều hạt tinh bột; • Có khả năng phân chia trong khoảng 24-72h; • Bị mất tính toàn thế; • Bị tăng mức bội thể. 3
3/24/2011 Những yếu tố ảnh hưởng đến Công nghệ nuôi cấy tế bào đơn nuôi cấy tế bào đơn thu nhận sản phẩm thứ cấp • Các chất điều hòa sinh trưởng: làm tăng quá trình phân bào, kích thích quá trình biệt hóa, tạo ra sản phẩm thứ cấp,… • Các nguồn dinh dưỡng: đạm, nguồn carbon, vi lượng, ánh sáng,… Phương pháp làm tăng sản Điểm cần lưu ý lượng • Không nên nuôi cấy tế bào đơn một cách đại trà • Điều kiện môi trường thích hợp mà không tính toán đến khả năng tạo ra những • Chọn lựa chủng có năng suất cao sản phẩm đặc biệt của loài thực vật đó. • Biến đổi tiền chất • Không phải tất cả các cơ quan đều có khả năng tạo ra chất mà ta quan tâm. • Xử lý với các chất cảm ứng • Trong quá trình nuôi cấy, luôn luôn phải tiến • Cố định tế bào hành tuyển chọn để nâng cao năng suất tạo ra • Tiết sản phẩm ra môi trường các sản phẩm bậc 2. • Gây đột biến tế bào • Bổ sung cơ chất tương ứng. • Phát sinh hình thái • Tìm ra môi trường đặc hiệu cho từng loại tế bào Điều kiện môi trường thích h ợp • Thành phần các chất trong môi trường nuôi cấy, chất điều hòa sinh trưởng thực vật, pH, nhiệt độ, độ thông khí, độ lay chuyển, ánh sáng,… • Auxin thường được bổ sung vào môi trường để cảm ứng sự tạo mô sẹo, và nó sẽ được giữ lại với một hàm lượng rất thấp Mô sẹo của Oxalis reclinata dưới ánh sáng có màu vàng, hoặc loại bỏ hẳn để tế bào sản xuất các nhưng khi được chuyển sang điều kiện tối thì có màu đỏ vì chất biến dưỡng. chúng bắt đầu sản xuất sắc tố anthocyanin có màu đỏ. 4
3/24/2011 Lựa chọn chủng có khả năng Biến đổi tiền chất và biến đổi sản xuất cao sinh học • Việc bổ sung vào môi trường nuôi cấy các tiền chất thích hợp hoặc các hợp chất có • Các đặc tính sinh lý của mỗi tế bào riêng liên quan đôi khi kích thích sự sản xuất lẻ không luôn thống nhất với nhau. các hợp chất thứ cấp. • Việc chọn dòng tế bào là một kỹ thuật • Thay vì bổ sung một hợp chất đặc biệt hữu hiệu để tăng lượng sản phẩm thứ cấp như một tiền chất vào môi trường nuôi và nên áp dụng phương pháp này rộng rãi. cấy tế bào thực vật, người ta còn có thể sử dụng tế bào thực vật nuôi cấy để biến đổi các cơ chất thích hợp thành sản phẩm mong muốn. Xử lý với các chất cảm ứng (elicitor) • Khi vi sinh vật xâm nhiễm vào một thực vật nguyên vẹn thường cảm ứng sự tạo ra các hợp chất thứ cấp. • Tác động kích thích của chúng rất đáng kể nếu như một chất cảm ứng thích hợp được chọn lựa để kích thích sự tổng hợp Ví dụ về biến đổi sinh học trong nuôi cấy tế bào: các hợp chất thứ cấp. Coniferin được bổ sung vào huyền phù tế bào Podophyllum hexandrum và podophyllotoxin được tạo ra. Podophyllotoxin được sử dụng để sản xuất thuốc trị ung thư. Elicitor ---> Elicitor recognition ---> Enzyme synthesis ---> Phytoalexin synthesis 5
3/24/2011 Loài TV Sản phẩm Elicitor Cố định tế bào Glycine max Phytophthora megasperma Glycollin Soybean Một hệ thống cố định có thể duy trì sự sống của tế bào qua một khoảng thời gian Fungal homogenate Ruta gravolens Acridone exposides dài và phóng thích phần lớn sản phẩm ra Strictosidine lactam môi trường ngoại bào ở dạng ổn định: Ajmaciline Catharanthus roseus Tabersonine Phytium aphanidermatum • Sự cố định thường bị hạn chế Periwinkle Lochnericine • Sinh khối ban đầu phải được nuôi cấy Catharanthine dạng huyền phù tế bào Botrytis • Sản phẩm bắt buộc tiết ra môi trường Colletotrichum • Sản phẩm bị thoái biến Verticillium Papaver somniferum Altenaria Sanguinarine Opium poppy • Ngăn cản sự khuếch tán của tế bào Arachidonic acid Chitosan Nigram Tiết sản phẩm ra môi trường Gây đột biến tế bào • Các dạng đột biến điều hòa và đột biến • Có thể làm tăng khả năng sản xuất những khuyết dưỡng được sử dụng rộng rãi để hợp chất thứ cấp bằng cách kích thích sản xuất ra rất nhiều loại sản phẩm như cho chúng được tiết ra ngoài môi trường. amino acid, nucleotide, kháng sinh,… • Để làm tăng sự tiết sản phẩm ra môi • Sự gia tăng hoạt động biến dưỡng bằng trường, người ta cố gắng làm tăng tính cách sử dụng các đột biến điều hòa có thể thấm của màng tế bào những kết quả đạt thực hiện được về mặt lý thuyết và việc được vẫn rất hạn chế. chọn lọc các kiểu tế bào đồng dạng cho mục đích này là một yếu tố quan trọng để sản xuất ra các loại sản phẩm khác nhau. Phát sinh hình thái • Có một mối quan hệ giữa sự phản phân hóa của tế bào với khả năng sản xuất ra các hợp chất thứ cấp nhưng vẫn chưa rõ rằng sự sản xuất các hợp chất thứ cấp có phụ thuộc vào sự phát triển của các cấu trúc chuyên biệt hay không hay những quá trình này có liên quan với nhau về đặc tính di truyền và đặc tính sinh lý? • Nuôi cấy lông rễ (chuyển plasmid Ri vào vết thương trên mô) 6