Внешность клеток и культивируемых клеток бересклета Максимовича.
Учёные впервые выделили две долгоживущие культуры из клеток бересклета Максимовича, одну культивируя под светом, а другую — в темноте. Обе культуры синтезируют и накапливают антоцианы, обладающие медицинским значением как антиоксиданты, а также длинноцепочечные жирные кислоты и триацилглицерины — молекулы для запасания энергии. Авторы исследования показали, что изменение условий выращивания культур позволяет управлять тем, какие соединения клетки будут преимущественно синтезировать: антоцианы или жирные кислоты с очень длинной цепью. Полученные данные потенциально позволят разработать технологии для промышленного получения фармацевтически ценных соединений из культуры клеток бересклета Максимовича. поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Plant Physiology and Biochemistry.
Кустарники и деревья рода бересклет (Euonymus) В Северном полушарии встречается большое число веществ с противоопухолевым, противомикробным и противодиабетическим действием. синтезируютсяБересклеты обладают целебными свойствами благодаря содержащимся в них соединениям. Несмотря на это, спектр этих соединений и способы их синтеза остаются неизученными для многих видов бересклета. Возможно, среди них обнаружатся вещества, которые будут востребованы в пищевой и фармацевтической отраслях.
Исследователи из Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН(Москва) и Московский государственный университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы. (Москва) изучилиНекоторые соединения, создаваемые культурой клеток бересклета Максимовича, Euonymus maximowiczianus), Плоды накапливают большое количество липидов (жиров). Культуры клеток обладают рядом преимуществ по сравнению с целыми растениями: быстрое размножение и рост, синтез идентичных исходным растениям веществ. Ученые использовали для культуры клеток нетипичные органы растений — присемянники. В них растения запасают масла, жирные кислоты и каротиноиды — красно-оранжевые пигменты.
Исследователи продезинфицировали поверхность присемянников для предотвращения заражения бактериями и грибами, после чего поместили их на питательную среду. Через две недели ученые получили каллус, состоящий из недифференцированных клеток. В отличие от дифференцированных клеток растений, каллус способен синтезировать любые соединения, поскольку потенциально обладает свойствами любой растительной клетки. Являясь основой, данный материал позволил создать две клеточные культуры. Одну культивировали в темноте, а другую — под светом. Предполагалось, что биохимические процессы в клетках будут разными при различных условиях освещённости.
Авторы определили количество потенциально ценных соединений в обеих культурах. Анализ показал интенсивный синтез и накопление триацилглицеринов — важного источника энергии для живых существ, а также жирных кислот с очень длинной цепью. Растения используют последние в качестве энергетических запасов и во внутриклеточном транспорте веществ. В медицине жирные кислоты с очень длинной цепью служат предшественниками ценных соединений, например, нервоновой кислоты, применяемой для восстановления после травм.
Кроме того, клетки бересклета Максимовича активно синтезировали антоцианы — пигменты, окрашивающие некоторые растения, например краснокочанную капусту и ягоды черники, в яркие красно-фиолетовые тона. Антоцианы обладают антиоксидантными свойствами и защищают растения от активных форм кислорода, которые могут повредить мембраны, белки и ДНК. Благодаря яркому цвету и полезным свойствам антоцианы широко применяются в пищевой промышленности. Авторы установили, что клетки культуры, растущие на свету, накапливали примерно в три раза больше антоцианов, чем клетки, выращиваемые в темноте.
Затем исследователи переместили культуру, выросшую в темноте, на свет, а культуру, которая находилась на свету, наоборот, в темноту. В восемь раз увеличилось содержание антоцианов. Общее содержание жирных кислот с очень длинной цепью сократилось на 50%. У культуры, переместившейся из света в темноту, количество антоцианов уменьшилось до уровня клеток, постоянно растущих в темноте, а количество жирных кислот возросло на 78%.
Визуальное резюме деятельности. Источник: Роман Сидоров.
Исследователи изучили влияние метилжасмоната на накопление антоцианов и жирных кислот с очень длинной цепью. Жасмонаты часто применяют для стимуляции синтеза биологически активных веществ в растительных клетках. Эксперимент показал, что обработка метилжасмонатом удвоил количество антоцианов и увеличила содержание жирных кислот в 5,5 раза в культуре клеток, выращиваемой в темноте. При росте на свету аналогичные показатели возросли в 4 и 3,6 раза соответственно. Таким образом, метилжасмонат и свет способствовали преимущественному синтезу антоцианов, а метилжасмонат и темнота — выработке жирных кислот с очень длинной цепью. Это натолкнуло авторов на предположение о конкуренции в растительных клетках между синтезом антоцианов и жирных кислот с очень длинной цепью за единый предшественник, разрешаемой по-разному в зависимости от освещения.
Эксперименты позволили выявить способ принудительной стимуляции в клетках синтеза необходимых биотехнологам соединений — конкретных жирных кислот или антоцианов. Такой подход может быть использован в фармацевтике для получения лекарственного сырья с высокой эффективностью. В перспективе планируется изучение дополнительных методов регулирования биосинтеза целевых соединений и увеличения продуктивности клеточных культур. — говорит Артем Фоменков, научный сотрудник Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН, участник проекта, поддержанного грантом РНФ.
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию и фотографии.