Ứng dụng hệ thống Bioreactor
trong sản xuất số lư
ợng lớn cây
dược liệu và hoa cảnh
Nhân giống trên quy mô lớn thực vật
qua nuôi cấy phôi, mô và tế bào bằng
bioreactor đang có nhiều triển vọng
trong nhân giống cây trồng quy mô
công nghiệp. Bioreactor s
ử dụng trong
nuôi cấy mô tế bào thực vật được cải
tiến từ các loại bioreactor trong nuôi
cấy tế bào vi sinh. Bioreactor với hệ
thống cung cấp và xả môi trường, hệ
thống cấp và thoát khí vô trùng được
thiết kế có khả năng tạo ra một môi
trường nuôi cấy vô trùng, kiểm soát
các yếu tố môi trường bên trong như
sự lắc, sự thoáng khí, nhiệt độ, oxy
hòa tan, pH...). Bioreactor có ba loại
chính được phân biệt như sau:
-
Loại dùng để sản xuất sinh khối (sản
phẩm là khối tế bào, các đơn vị phát
sinh phôi, phát sinh cơ quan, chồi, rễ)
-
Loại dùng để sản xuất các chất
chuyển hóa thứ cấp, enzyme
-
Loại dùng cho việc chuyển hoá sinh
học các chất chuyển hóa ngoại sinh
(là các chất tiền thân trong quá trình
trao đổi chất)
Nuôi cấy bằng bioreactor là một
trong những phương pháp đầy hứa
hẹn cho nhân giống với số lượng lớn
tế bào, phôi soma hay các đơn vị phát
sinh cơ quan (e.g. củ, hành, đốt, củ bi
hay cụm chồi), trong đó đã có một số
báo cáo về nhân giống các loại cây
hoa cảnh và cây dược liệu bằng
bioreactor. Tuy nhiên, sự mâu thuẫn
trong việc tối ưu các loại bioreactor
cũng như các thông số nuôi cấy cũng
được nêu lên. Nguyên nhân chính là
do sự khác nhau về loài, do đó cần
phải quan sát cẩn thận từng trường
hợp cụ thể. Khi chuẩn bị nuôi cấy tr
ên
một đối tượng nào đó, thông thường
bắt đầu với hệ thống bioreactor nhỏ
để tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy,
sau đó việc nuôi cấy trong các
bioreactor (500 – 1000 lít) quy mô l
ớn
dễ dàng thực hiện hơn.
Sản xuất các hoạt chất trao đổi thứ
cấp
Sản xuất các hoạt chất trao đổi
chất thứ cấp bằng cách sử dụng tế b
ào
thực vật là một hướng được quan tâm
nghiên cứu. Năm 1959, báo cáo đầu
tiên về nuôi cấy tế bào thực vật trên
quy mô lớn đã đư
ợc công bố (Tulecke
và Nickell, 1959). Trong một vài năm
trước, nhiều thành công trong nuôi
cấy tế bào thực vật với số lượng lớn
cũng được công bố. Ngày nay, việc
nuôi cấy tế bào thực vật có thể thực
hiện trong bình có thể tích lên tới
75.000 lít (Rittershaus et al., 1989).
Trong số hàng trăm các sản phẩm thứ
cấp có nguồn gốc từ tế bào thực vật
chưa biệt hóa, shikonin, ginsenoside
và berberine đã được sản xuất trên
quy mô lớn, và đây thực sự là những
thành công rực rỡ trong việc kết hợp
giữa nuôi cấy tế bào thực vật với kỹ
thuật bioreactor.
Mặc dù các tế bào chưa biệt hóa
chủ yếu được nghiên cứu, nhưng
phương pháp nuôi cấy rễ và các cơ
quan khác cũng được quan tâm rất
nhiều. Khi nuôi cấy rễ có thể không
cần sử dụng nguồn mẫu cấy rễ ban
đầu nhiều vì chúng có tốc độ tăng
trưởng rất cao. Một số thiết kế
bioreactor dùng cho nuôi cấy rễ đã
quan tâm đến sự phát sinh hình thái
phức tạp và kh
rễ (Giri and Narasu, 2000). Vấn đề
chính của việc nuôi cấy rễ trong
bioreactor là nguồn cấp oxy không
đến được với sinh khối ở giữa
bioreactor dẫn đến hậu quả là nhiều
khối mô lão hóa. Vì r
ễ có nhiều nhánh
nên nhiều rễ đan xen vào nhau có khả
năng cản lại nguồn cung cấp khí cũng