Научные исследования по биотехнологии растений
Фармацевтическая биотехнология, связанная с производством лекарственных препаратов природного происхождения, основана на использовании способности биообъектов синтезировать биологически активные вещества фармакологического назначения. В качестве биообъектов используются микроорганизмы, нативные растения, а также культура клеток и тканей высших растений. Продуктами биосинтеза являются белки, витамины, амино-органические кислоты, антибиотики, алкалоиды, терпеноидные гликозиды, сапонины и т.д. На этой основе налажено производство вакцин, антибиотиков, гормонов, интерферонов и множества лекарственных препаратов на основе БАВ природного происхождения. В настоящее время существует промышленное получение ряда ценных веществ из растительной биомассы методом in vitro. Хорошо налажен в Японии выпуск таких лекарственных препаратов: шикоин (из воробейника аптечного), убихинон (из табака), дигоксин (из наперстянки шерстистой), диосгенин (диоскорея дельтовидная). В России разработана технология получения субстанций женьшеня, родиолы розовой, унгерии на основе каллусных культур. Данные препараты нашли применение в медицине, косметике и пищевой промышленности. Однако доля России на рынке биотехнологий составляет на сегодняшний день менее 0,1 процента.
Биофармацевтика, пройдя тридцатилетний период развития, в настоящее время является базовой составляющей фармацевтики в целом. Всемирная Организация Здравоохранения к жизненно-важным лекарственным средствам относит «препараты, которые отвечают приоритетным потребностям медицинского обслуживания населения». Туда входят и фитопрепараты. Государством проводится комплекс мероприятий, направленный на создание в России фармацевтического сектора, способного обеспечить внутреннюю потребность в жизненно важных лекарственных препаратах.
Решению именно такой важной проблемы посвящены научные исследования в ФГБНУ ВИЛАР.
Основная суть деловой привлекательности использования культуры клеток высших растений и микроорганизмов заключается в том, что они могут является альтернативным способом получения сырья для медицины.
Клетки растений, микроорганизмы в процессе жизнедеятельности (ассимиляции и диссимиляции) образуют новые продукты и выделяют метаболиты, обладающие разнообразными физико-химическими свойствами и биологическим действием. Научные исследования, проводимые в ФГБНУ ВИЛАР направлены на использование этой продукции в качестве сырья, которое в результате технологической обработки превращается в конечный продукт- лекарственное средство.
Основной задачей, решаемой исследователями, является получение клеточных штаммов лекарственных растений и микроорганизмов с высоким стабильным выходом целевого продукта и масштабирование процессов их выращивания.
В настоящее время В ФГБНУ ВИЛАР собрана большая коллекция клеточных культур растений из различных семейств и микроорганизмов, синтезирующих вторичные метаболиты, которые могут широко использоваться в фармацевтической промышленности. К ним относятся: стефания гладкая, продуцирующая алкалоид стефаглабрин, женьшень обыкновенный – источник панаксозидов, макротомия красящая- источник шиконина, василистник малый – источник берберина, родиола розовая -продуцент фенилпропаноидов , пять штаммов паразитарной культуры спорыньи и два штамма сапрофитной культуры спорыньи, продуцирующие эргоалкалоиды. Проводятся исследования по получению новых клеточных линий- продуцентов БАВ. Введено в условия in vitro растение копеечника альпийского- продуцирующего мангиферин, являющийся основой для антибактериального препарата алпизарин.
Паразитарная культура спорыньи
Коллекция поддерживается путем субкультивирования в пересадочной культуре в строго контролируемых условиях на стандартных для каждого объекта питательных средах.
Женьшень быкновенный
Макротомия красящая
Маклейя сердцевидная
Основные исследования проводятся с объектами, являющимися продуцентами ценных БАВ, на основе которых созданы лекарственные препараты:
Стефания гладкая / Stephania glabra/ — «Сефаглабрина сульфат»
Маклейя сердцевидная / Macleaya cordata / — «Сангвиритрин»
Спорынья пурпурная / Claviceps purpurea/ — «Абергин»
Подофил щитовидный / Podophyllum peltatum/ — Подофиллин
Макротомия красящая / Macrotomia euchroma / — Шиконин
Василисник малый / Talictrum minus/ — Берберина бисульфат
Спорынья пурпуровая /Claviceps purpurea (Fr.) Tul./ — Абергин, Новокристин, Беллатаминал и Эргометрина малеат.
Активно проводятся работы по совершенствованию штаммов-продуцентов, как источников фармакологически активных веществ. Направленным экзогенным воздействием химическими реагентами различной природы (минеральные соли, витамины, регуляторы роста, углеводы и т.д.) на растительные и грибные клетки с целью увеличения ожидаемого эффекта исследователи инициируют увеличение и изменение процесса синтезе БАВ, усиление ростовых процессов, изменение направления процесса воспроизводства.
Учитывая фармакологическую ценность эргоалкалоидов В ФГБНУ ВИЛАР активно проводятся поисковые исследования по получению штаммов спорыньи, способных синтезировать алкалоиды в сапрофитных условиях культивирования. Получение эргоалкалоидов, основанное на глубинном культивировании сапрофитных штаммов, имеет ряд преимуществ. Данный способ позволяет создать экологически чистое безотходное производство, получать стандартное сырье независимо от времени года, сократить время выращивания сапрофитной культуры, снизить производственные затраты. Сочетанием методов направленной селекции и индуцированного мутагенеза в отделе получены генетически измененные линии сапрофитной культуры спорыньи эрготаминового и эргокриптинового штаммов, продуцирующие целевые эргоалкалоиды.
В настоящее время представляется перспективным изучение возможности масштабирования биомассы клеточных культур лекарственных растений в глубинных условиях культивирования в виде суспензионной культуры. Проводится более детальное изучение некоторых аспектов жизнедеятельности клеточных штаммов в оптимальных условиях роста, которые в той или иной степени могут определять успех масштабирования. Получены положительные результаты по получению биомассы стефании гладкой, василистника малого, маклейи сердцевидной, конедиального материала паразитарной спорыньи.
На базе клеточных культур, имеющихся в коллекции ГНУ ВИЛАР, можно получать такие продукты вторичного метаболизма, как эгоалкалоиды, шиконин, берберин, стефарин, группу БАВ обладающих тонизирующим и адаптогенным действием.
Cапрофитная культура спорыньи:
