Приведите пример биотрансформации атропина сульфата с помощью культуры клеток растений

Большой интерес ученых и практиков привлекает возможность использования активного ферментного аппарата растительной клеткой для биотрансформации химических соединений.

Часто синтез твердых метаболитов в суспензионной культуре останавливается на промежуточных этапах, не доходя до необходимого продукта, поэтому получение вторичного продукта возможно благодаря процессу биотрансформации. Сущность биотрансформации состоит в изменении промежуточных метаболитов с помощью культур клеток других растений, иммобилизированных клеток или с помощью микроорганизмов.

Биотрансформация очень эффективна в бактериальных клетках, поэтому растительные клетки используют, когда процесс не идет в клетках микроорганизмов. Вводимые в эти культуры вещества могут подвергаться гидроксилированию, эпоксидированию, глюкозилированию, этерификации, окислению, присоединяться к аминокислотам.

При использовании культуры клеток растений in vitro синтезируемый атропина сульфат может биотрансформироваться, но биотрансформация может идти по нескольким направлениям: торможение или подавление возникновения тканей с конкретными функциями (т.е. дифференциация). В дифференцированных клетках специализация функций обуславливается генетической детерминированностью, проявляющейся в фенотипе. Дифференциация является результатом экспрессии генетической информации в клетках. С дифференциацией связаны биосинтез, биотрансформация вторичных метаболитов. Установлено, что каллусы дифференцирующихся корней растения красавки (Atropa belladonna) синтезируют тропановые алкалоиды – атропин. При введении клеток микроорганизмовможно повлиять на процесс образования из атропина гиосциамина (аналог атропина), содержащий L-троповую кислоту или скополамин.

Трансформированные in vitro клетки представляют собой потенциально важные объекты выбора оригинальных продуцентов ценных веществ. Сейчас основным источником атропина служат корни скополии (Scopolia carniol) семейства пасленовых − Solanaceae, где атропин содержится в небольших количествах, наряду с гиосциамином и скополамином. Извлекают атропин и скополамин из растительного сырья в виде оснований.

Атропин − сложный эфир тропина и d, L-троповой кислоты:

Гиосциамин и скополамин − сложные эфиры L-троповой кислоты.

Атропин, получаемый из корней скополии можно трансформировать с помощью культуры клеток иммобилизированных и дифференцированных в гиосциамине и далее в скополамине, т.е. происходит процесс биотранформации с использованием иммобилизованных клеток и оптимального сочетания биологических и химических превращений, а также совершенной технологии очистки получаемых соединений.

Скополамин − производное спирта Скопина, отличающегося от тропина наличием кислородного мостика в положении 6,7.

Реакция образования скополамина из атропина происходит в средах для биотрансформации in vitro достаточно сложного состава и требуют строгого контроля за каждым ее параметром (рН среды, время и др.).

Первоначальный первый промышленный синтез микробной биотрансформации основывался на технологии направленного окисления – биотрансформация атропина в скополамин благодаря образованию кислородного мостика с помощью микроорганизмов, (например, одним из них является Athrobacter simplex).

Разработка крупномасштабного производства скополамина из атропина путем биотрансформации позволяет снизить стоимость этого препарата по сравнению с химическим синтезом получения скополамина, где необходимо использовать достаточно много химических веществ, соблюдать определенные режимы многочисленных реакций, использовать дополнительную аппаратуру и персонал и т.д.

К билету №5

При планировании биотехнологических исследований: