تولید متابولیت های ثانویه گیاهی در سیستم کشت بسته
متابولیت های ثانویه گیاهی را می توان عمدتا از کشت های سوسپانسیونی در سیستم های بسته و به ندرت در سیستم های پیوسته تولید نمود. کشت بسته شامل مخلوطی ناهمگن از سلول هایی است که در مراحل مختلف تمایز مورفولوژیکی و بیوشیمیایی قرار دارند. بنابراین در طی فازهای ابتدایی و میانی کشت، نسبت های متفاوتی از سلول ها در حال تقسیم سریع هستند.
با محدودتر شدن مواد پیش ساز در محیط کشت، درصدی از سلول ها که وارد تقسیم می شوند، کاهش یافته و کشت به فاز سکون می رسد. در این مرحله اکثر سلول ها غیرفعال شده و فرآیندهای پیری در تعداد بیشتری از آنها آغاز می گردد. اکثر متابولیت های ثانویه در جریان همین مراحل پایانی کشت بسته توسط سلول ها تولید می شوند.
سیستم کشت پیوسته در تولید متابولیت های ثانویه
کشت های پیوسته نیز در تولید متابولیت های ثانویه به دو صورت باز و بسته مورد استفاده قرار می گیرند:
۱- سیستم بسته:
در سیستم بسته، سلول ها حفظ می شوند و تراکم آنها به طور فزاینده ای افزایش می یابد. مواد مغذی در حد بیشتر از مورد نیاز از طریق جریان ورودی محیط کشت تازه تأمین و با برداشت ممتد از جریان خروجی متعادل می گردد.
۲- سیستم باز:
سیستم باز مشتمل بر ورود محیط کشت تازه و برداشت همان حجم از محیط کشت همراه با سلول ها است. در این سیستم، متابولیسم و رشد وضعیت ثابتی می یابند. این سیستم را می توان به دو صورت کموستات و یا توربیدوستات تنظیم نمود.
-
تنظیم کموستات
در حالت اول، تداوم جریان ورودی در یک سرعت ثابت تنظیم گردیده و به این طریق ماهیت تعادل حاصله تعیین می گردد. برای فرآورده هایی که فعال ترین حالت تجمع آنها در مرحله کاهش سرعت رشد می باشد، این امکان وجود دارد که با استفاده از سیستم کموستات، سلول ها را در یک سرعت رشد ثابت که دارای حداکثر میزان تولید باشد، نگهداری نمود. در چنین وضعیت ثابتی از سلول ها، مقدار قابل توجهی از فراورده در مقایسه با سیستم کشت بسته تولید خواهد شد.
تغییر در محیط کشت در طی این حالت ثابت ممکن است به افزایش بیشتر بیوسنتز متابولیت ثانویه منجر شود. به محض اینکه حداکثر مقدار فرآورده هم سو با حفظ قابلیت حیات سلولها حاصل گردید، با خارج کردن مداوم کشت اضافی و یا با برداشت یکباره تمام کشت می توان فراورده را برداشت نمود. روش دوم، در جایی بکار برده خواهد شد که سرعت رشد نسبتا کندی برای تجمع بهینه فراورده نیاز باشد.
-
سیستم توربیدوستات
در مواردی به کار برده می شود که حداکثر مقدار فراورده ثانویه در اوایل چرخه رشد، یا در شروع و جریان رشد تصاعدی تولید شود. این امر مطالعات در زمینه اثر تنظیم کننده های رشد، عوامل فیزیکی و مواد اولیه را ممکن می سازد. در این سیستم، تراکم سلولی در سطوح مورد نظر از طریق قرائت جذب نوری در دستگاه اسپکتروفتومتر تنظیم می گردد.
سیستم های کشت نیمه پیوسته جهت تولید متابولیت های خاص
سیستم های کشت نیمه پیوسته که در آنها مقادیر زیادی کشت از بیوراکتور برداشت می شود و سپس با مقدار معادلی از محیط کشت تازه جایگزین می شود، نیز می توانند برای تولید بیوماس یا برای تولید متابولیت های خاص، به کار روند.
-
مثال:
سطوح مختلفی از آنتوسیانین در لاین های سلولی هویج به همین طریق تولید شده است.
با این حال علی رغم وجود مزیت های بارز، از آنجا که کشت های پیوسته به مراقبت زیادی نیاز دارند، محققین کشت بافت گیاهی از آنها به طور گسترده ای استفاده نمیکنند.
حرف آخر!
تجمع متابولیت ها در هر مرحله ای از چرخه گشت، نتیجه بروز تعادل دینامیکی بین سرعت سنتز زیستی (Biosynthesis) و تجزیه زیستی (Biodegradation) فرآورده ها و آن مرحله می باشد. بنابراین محققین شرایطی را جستجو می کنند که سنتز زیستی متابولیت ها را به نحو قابل ملاحظه ای افزایش داده و به طور همزمان بخش هایی از متابولیسم که در عمل تجزیه زیستی دخیل هستند، را محدود نمایند.
هیچ قانون محکم و صریحی در مورد بهترین زمان برداشت سلول ها برای دستیابی به حداکثر بازده از نظر تولید متابولیت وجود ندارد. بنابراین بهترین راه این است که مقادیر بسیار زیادی بیوماس تحت شرایط رشد سریع تولید نمود و سپس بیوماس تجمع یافته را به مرحله دوم کشت که تولید متابولیت ثانویه را القاء نماید، منتقل کرد.
منبع: کتاب اصول بیوتکنولوژی گیاهی، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، چاپ ششم.
دیدگاهتان را بنویسید