Штамм культивируемых клеток растения полисциас кустарниковый 6a 2 (polyscias fruticosa (l.) harms) в условиях in vitro - продуцент изопреноидов
Владельцы патента RU 2460784:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук (ИФР РАН) (RU)
Изобретение относится к биотехнологии. Заявлен штамм культивируемых клеток растения полисциас кустарниковый (Polyscias fruticosa (L.) Harms) в условиях in vitro, депонированный в Российскую Коллекцию Культивируемых Клеток Высших Растений при учреждении Российской Академии Наук Институте Физиологии Растений им. К.А.Тимирязева РАН под обозначением 6а №2 - продуцент изопреноидов. Таким образом, была получена суспензионная культура клеток P.fruticosa со стабильными ростовыми параметрами и устойчивым синтезом изопреноидов. Изобретение может быть использовано для получения ценных биологически активных соединений - изопреноидов, которые широко используются в фармацевтической промышленности и косметологии в отсутствие сезонной зависимости. 1 ил., 2 табл.
Область применения
Изобретение относится к биотехнологии, в частности культивированию клеток растения полисциаса кустарникового, и может быть использовано для получения ценных биологически активных соединений - изопреноидов, которые широко используются в фармацевтической промышленности и косметологии.
Уровень техники
Некоторые авторы называют род полисциас Polyscias самым богатым по содержанию и многообразию изопреноидов, что делает его перспективным для исследований синтеза этих соединений и для создания их биотехнологического производства (Hostettmann K., Kizu H., Tomimori Т. Molluscicidial properties of various saponins, Planta medica, 1982. V.44, p.34-35).
Растение полисциас кустарниковый Polyscias fruticosa (L.) Harms используется как тонизирующее, повышающее работоспособность и сопротивляемость к инфекционным заболеваниям средство, а также как средство против головокружений. Экстракты этого растения усиливают лактацию, ускоряют ранозаживление и в сочетании с другими растениями используются против невралгии и ревматизма (Котин A.M. В поисках средства от всех заболеваний. СПб, ЗАО НПФ «Биофармтокс», 2001).
Помимо Вьетнама и Кубы данный вид встречается в Малайзии, Индонезии, Новой Гвинее, Полинезии (Грушвицкий И.В. Конспект семейства аралиевых и некоторые биологические особенности его представителей. Материалы к изучению женьшеня и других лекарственных растений Дальнего Востока, 1963, вып.5, стр.173-191).
Из листьев и корней Р.fruticosa были выделены 11 изопреноидов-гликозидов олеоноловой кислоты: полисциозиды А, В, С, D, Е, F, G, H, ладигинозид А (впервые выделенный из Ladyginia bucharica), зингиброзид R1 (впервые выделенный из Panax zingiberensis) и сложный эфир 3-O-[β-D-глюкопиранозил (1-4)-β-D-глюкопиранозил]олеаноловой кислоты и 28-O-β-D глюкопиранозила, выделенный из Swartzia simplex) (Vo D.H, Yamamura S., Ohtani K., Kasai R., Yamasaki K., Nguyen T.N., Hoang M.C. Oleanane saponions from Polyscias fruticosa. Phytochemistry, 1998, V.47, №3, pp.451-457). Широкий спектр синтезируемых гликозидов делает это растение перспективным для биотехнологического производства.
Однако авторы не обнаружили в литературе данных о получении культуры клеток in vitro полисциаса кустарникового P.fruticosa и о количественном содержании изопреноидов в листьях.
Задача изобретения
Задача изобретения - получение суспензионного штамма полисциаса кустарникового Polyscias fruticosa (L.) Harms - продуцента изопреноидов со стабильными ростовыми параметрами, устойчивым синтезом изопреноидов и отсутствием сезонной зависимости их получения.
Решение задачи
Эта задача была решена получением штамма культивируемых клеток растения полисциас кустарниковый (Polyscias fruticosa (L.) Harms) в условиях in vitro, депонированного в Российскую Коллекцию Культивируемых Клеток Высших Растений при учреждении Российской Академии Наук Институте Физиологии Растений им. К.А. Тимирязева РАН под обозначением 6а №2 - продуцент изопреноидов.
Новизна изобретения
Новизной настоящего изобретения является то, что впервые был получен штамм растения полисциас кустарниковый - продуцент изопреноидов.
Сущность изобретения
По мнению авторов, предлагаемое изобретение состоит в том, что за основу был взят не штамм растения полисциаса кустарникового, а сформированные листья среднего яруса, которые стерилизуют и помещают в жидкую питательную среду в качестве эксплантов. В результате был получен суспензионный штамм - продуцент изопреноидов.
Реализация изобретения
Культуру клеток полисциаса кустарниковго Polyscias fruticosa (L.) Harms не удалось получить стандартным способом - через каллусную культуру.
В качестве эксплантов используют сформированные листья среднего яруса. Листья промывают детергентом и стерилизуют 0,1% раствором сулемы (HgCl2) в течение 1 мин. После стерилизации материал ополаскивают, а затем 3-кратно отмывают в течение 20 мин в дистиллированной стерильной воде. Листовые пластинки разрезают скальпелем на сегменты размером 5×5 мм и используют в качестве эксплантов, помещая их в жидкую питательную среду.
Для экспериментов используют жидкую питательную среду следующего состава (мг/л):
| NH4NO3 | 1650,000±2,0000 |
| KNO3 | 1900,000±2,0000 |
| MgSO4×7H2O | 370,000±1,0000 |
| KH2PO4 | 170,000±0,1000 |
| СаС12×2H2O | 440,000±0,5000 |
| Н3ВО3 | 6,200±0,0100 |
| MnSO4×4H2O | 22,300±0,0200 |
| ZnSO4×7H2O | 8,600±0,0100 |
| KI | 0,830±0,0010 |
| Na2MoO4×2H2O | 0,250±0,0010 |
| CuSO4×5H2O | 0,025±0,0001 |
| CoCl2×6H2O | 0,025±0,0001 |
| FeSO4×7H2O | 2,785±0,001 |
| Na-ЭДТА | 3,725±0,001 |
| Гидролизат казеина | 500,000±0,1000 |
| Мезо-инозит | 100,000±0,0500 |
| Тиамин | 0,100±0,0010 |
| Пиридоксин | 0,100±0,0010 |
| Никотиновая кислота | 0,500±0,0010 |
| 6-бензиламинопурин | 1,000±0,0010 |
| 2,4-дихлорфеноскиуксусная кислота | 2,000±0,0010 |
| Сахароза | 30000,000±100,0000 |
Культивирование проводят в темноте, при 26±1°С, влажности помещения 70±5%, на качалке (100±10 об./мин), в колбах объемом 250 мл (30-40 мл суспензии в колбе). Цикл субкультивирования составляет 2 недели. При пересеве на 1 объем инокулюма вносят от 3 до 10 частей свежей среды в зависимости от ростовых параметров культуры на данный момент.
Полученные суспензионные культуры клеток выращивают в течение более ста циклов. В процессе культивирования определяют ростовые и биосинтетические характеристики.
Штамм Polyscias fruticosa (L.) Harms 6a №2 обладает следующими признаками.
Культуральные признаки.
Биомасса клеток гомогенная, светло-желтой окраски, культуральная жидкость прозрачная. Описание визуальных и цитологических наблюдений.
Культура представлена меристемоподобными клетками, собранными в компактные агрегаты.
Индекс роста (кратность прироста биомассы за одно субкультивирование) определяют по числу клеток, по сырому и сухому весу биомассы. Число клеток подсчитывают в камере Фукса-Розенталя после мацерации суспензии в 20% растворе хромовой кислоты при 60°±1С в течение 15-20 минут в зависимости от возраста суспензии. Для определения веса сырой биомассы клетки отделяют от среды культивирования на бумажных фильтрах на вакуумном насосе, промывают водой и взвешивают. Сухую биомассу клеток получают после высушивания образцов при 25°±1С в потоке теплого воздуха. Жизнеспособность оценивают по проценту неокрашенных клеток в 0,1% растворе феносафранина.
В результате постоянного мониторинга состояния культур установлено, что жизнеспособность суспензионных культур постепенно повышается в процессе культивирования: с 5-50% в первые месяцы культивирования до 85-97% в последующие. В течение первого года выращивания отмечено постепенное улучшение ростовых характеристик, что скорее всего обусловлено постепенным отбором активно растущих клеток. Однако ростовые показатели, заметно улучшившись к 28 циклу культивирования, несколько снизились при дальнейшем выращивании. К 70-80 циклам субкультивирования рост культуры стабилизировался, что свидетельствует о формировании устойчивой популяции клеток. Ростовые характеристики культуры клеток полисциаса кустарникового представлены на чертеже 1.
При анализе представленных кривых роста следует отметить отсутствие лаг-фазы, а также наличие «ступеньки» на 5-10 сутки, что особенно выражено у кривой, описывающей изменение числа клеток в суспензии. Возможно, это связано с наличием двух субпопуляций клеток в культуре либо с особенностью утилизации сахарозы - ее расщеплением в среде выращивания с дальнейшим последовательным потреблением глюкозы и фруктозы. Замедление роста на 12-14 сутки культивирования позволяет использовать 2-недельный цикл выращивания. На 17 сутки в культуре клеток P.fruticosa отмечено начало стадии деградации.
Ростовые параметры (кроме индекса роста) рассчитывали по сухому весу биомассы. Результаты представлены в табл.1.
Для высокоэффективного жидкостного хроматографического (ВЭЖХ) анализа 35 мг воздушно-сухой биомассы культуры клеток экстрагируют 70% водным метанолом под действием ультразвука при комнатной температуре в течение 30 мин. Затем полученный экстракт центрифугируют при 10 тыс.об./мин 6 мин. Супернатант фильтруют через нейлоновой фильтр с порами 0,2 мкм (Acrodisc, Германия).
ВЭЖХ анализ проводят на приборе Perkin Elmer Series 200 (PerkinElmer, США), укомплектованном автоматическим инжектором, бинарным градиентным насосом и спектрофотометрическим детектором. Разделение проводят на колонке Pecosphere 3CR С18, 83×4,6 мм, 3 мкм (PerkinElmer, США) при скорости потока подвижной фазы 1,5 мл/мин, температуре 25°С и детектировании на длине волны 207 нм. Элюирование осуществляют в градиентном режиме с использованием в качестве компонентов подвижной фазы ацетонитрила и 8 мМ раствора KH2PO4 в воде. Состав подвижной фазы (% ацетонитрила) меняют по следующему закону: 0-3 мин - 20%, 3-3,5 мин - 20-22%, 3,5-14,5 мин - 22-26%, 14,5-15 мин -26-29%, 15-26 мин - 29-36%, 26-74 мин - 36-90%, 27-29 мин - 90%. Объем пробы 30 мкл.
Количественное содержание индивидуальных гликозидов определяют с помощью метода внешней калибровки. В качестве стандартов используют индивидуальные гликозиды, выделенные из листьев полисциаса папортниколистного, структура которых установлена методом 1H - и 13С-ЯМР: растворитель смесь пиридин-d5/D2O, прибор Bruker Avance AV600 (Германия), внутренний стандарт тетраметилсилан.
Результаты изобретения
Как видно из таблицы 1, штамм обладает высокой жизнеспособностью - около 95% при стабильных ростовых характеристиках. В штамме 6а №2 культуры клеток полисциаса кустарникового Polyscias fruticosa (L.) Harms было обнаружено 4 полисциозида (гликозиды олеаноловой кислоты) - D, P4, А, P6. Их количественное содержание на 14 сутки культивирования представлено в табл.2.
В результате изобретения была показана возможность получения суспензионной культуры клеток нестандартным путем - напрямую из эксплантов. Таким образом была получена суспензионная культура клеток P.fruticosa со стабильными ростовыми параметрами и устойчивым синтезом изопреноидов. Удобство такого способа получения этих соединений состоит в отсутствии сезонной зависимости их производства.
| Табл.1. | |
| Ростовые параметры культуры клеток Polyscias fruticosa (L.) Harms. | |
| Показатели | Значения |
| Индексы роста по | |
| весу сухой биомассы | 2,8±0,7 |
| весу сырой биомассы | 3,7±1,2 |
| числу клеток | 2,1±0,5 |
| Удельная скорость роста, сут-1 | 0,14±0,03 |
| Время удвоения, сут. | 4,8±0,8 |
| Максимальное содержание биомассы, г/л | 8,7±1,5 |
| Жизнеспособность, % | 95±1,7 |
| Табл.2. | |||||
| Содержание гликозидов в культуре клеток Polyscias fruticosa (L.) Harms | |||||
| Полисциозиды, мг/г сух. массы | Сумм., мг/г | % сух. масс. | |||
| D | P4 | А | Р6 | ||
| 3,24 | 7,34 | 0,23 | 3,87 | 14,68 | 1,47 |
Штамм культивируемых клеток растения полисциас кустарниковый (Polyscias fruticosa (L.) Harms) в условиях in vitro, депонированный в Российскую Коллекцию Культивируемых Клеток Высших Растений при учреждении Российской Академии Наук Институте Физиологии Растений им. К.А.Тимирязева РАН под обозначением 6а №2 - продуцент изопреноидов.
