Введение к работе
Актуальность работы. Среди лекарственных средств, применяемых в современной фармакотерапии сердечно-сосудистых заболеваний, препараты наперстянки занимают особое место. Хотя они насчитывают несколько веков истории, их мощное кардиотоническое действие пока ничем не удалось заменить, и все лекарства этой группы вырабатываются только из растений.
В то же время, выход сердечных гликозидов из растения является непостоянной величиной и зависит от климатических условий, срока вегетации растения, от времени суток, в которое производится сбор. Календарные сроки уборки ограничены.
Одним из решений данной проблемы является использование в качестве сырья культуры ткани. Культивируемые клетки высших растений способны синтезировать традиционно используемые продукты растительного происхождения, создавать принципиально новые вещества, трансформировать дешевые предшественники в ценный продукт.
Известны работы, описывающие производство сердечных гликозидов в культуре ткани наперстянки пурпурной {Digitalis purpurea L.), однако, выход продукта остается довольно низкий. Ряд проведенных исследований показывает, что при правильном подборе условий культивирования, использовании различных гормональных сред, изменении светового режима, воздействия эли-ситоров, или других стрессогенных факторов (ультрафиолетового излучения) можно существенно повлиять на синтез вторичных метаболитов.
Цель работы - разработать условия культивирования in vitro и установить их влияние на повышение продуктивности клеточной культуры Digitalis purpurea L.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд задач:
изучить особенности введения в культуру Digitalis purpurea L., установить закономерности влияния способов культивирования на продуктивность клеточных тканей;
исследовать влияние эпигенетических, стрессогенных факторов на рост, развитие и накопление сердечных гликозидов в каллусной ткани Digitalis puprureaL.;
установить закономерности влияния физико-химических факторов на прирост биомассы и накопление гликозидов и провести оптимизацию процесса культивирования каллусной ткани Digitalispuprurea L.;
определить химический состав полученной каллусной ткани Digitalis puprureaL.;
разработать математическую модель и подобрать условия выделения гликозидов из каллусной ткани Digitalis puprurea L.;
разработать принципиальную технологическую схему получения сердечных гликозидов в культуре ткани Digitalis puprurea L.
Положения, выносимые на защиту:
В рамках специальности 03.01.06 Биотехнология (в том числе бионано-технологии), пункт 3, решена задача, состоящая в изучении и разработке технологических режимов выращивания культуры клеток Digitalis puprurea L. для получения биомассы и производства сердечных гликозидов на ее основе. В частности:
- оптимальные технологические режимы культивирования каллусной
ткани Digitalis purpurea L., обеспечивающие высокую скорость роста культуры
и накопление гликозидов в каллусной ткани. Использование пенополиуретано-
вых пластин в качестве инертного носителя для иммобилизации и облучение
каллусной ткани Digitalis purpurea L. УФ-излучением, позволяет повысить со
держание сердечных гликозидов в культуре и выход дигитоксина;
- математическая модель и принципиальная технологическая схема выде
ления гликозидов из каллусной ткани Digitalis puprurea L., позволяющие ис
пользовать культуру клеток Digitalis puprurea L. в качестве альтернативного
сырья для производства фармацевтических препаратов сердечных гликозидов.
Научная новизна. Определены условия введения в культуру in vitro Digitalis puprurea L., установлены зависимости влияния фитогормонов, условий и способов культивирования на цитофизиологические и биохимические характеристики каллусной ткани.
Установлены закономерности влияния условий культивирования на выход биомассы и накопление гликозидов в каллусной ткани; разработана математическая модель их выделения.
Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований получена высокопродуктивная клеточная культура Digitalis puprurea L. с содержанием дигитоксина в 3,5 раза выше, чем в растении, что дает возможность использовать полученную каллусную ткань в качестве альтернативного источника сырья для производства сердечных гликозидов.
Разработаны оптимальные условия культивирования и извлечения гликозидов из каллусной ткани Digitalis puprurea L.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции «Проблемы современной аграрной науки» (Красноярск, 2009, 2010); всероссийских научно-практических конференциях «Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития» (Красноярск, 2009, 2010); «Лесной и химический комплексы -проблемы и решения» (Красноярск 2009, 2010); «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (Красноярск, 2010, 2011); региональной научно-практической конференции «Химия и жизнь» (Новосибирск, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 (из них автора 1,49 п. л.) печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 120 страницах. Диссертация содержит 32 рисунка и 16 таблиц. Библиографический список включает в себя 145 источников, из них 52 на иностранных языках.
