Granat w kolbie, miłorząb w szalce. Jak wyhodować rośliny lecznicze w laboratorium

Kultury płynne-stacjonarne mikropędów Ruta graveolens (Ruta ogrodowa). Autorka zdjęcia: dr Agnieszka Szewczyk
Kultury płynne-stacjonarne mikropędów Ruta graveolens (Ruta ogrodowa). Autorka zdjęcia: dr Agnieszka Szewczyk

Rośliny są najlepszymi producentami niektórych związków chemicznych ważnych w farmacji lub kosmetologii. Aby jednak pozyskiwać te cenne substancje, czasem warto rośliny hodować nie w formie tradycyjnych upraw, ale in vitro - w laboratorium - opowiada prof. Halina Ekiert z CM UJ.

"Powinniśmy podziwiać umiejętności biosyntetyczne niektórych roślin" - mówi w rozmowie z PAP prof. farmacji Halina Ekiert z Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego. Tłumaczy, że niektóre związki chemiczne - składniki leków, suplementów diety czy kosmetyków - są niezwykle trudne do uzyskania na drodze syntezy chemicznej. Pozyskiwanie tych substancji z roślin to jedyna opłacalna metoda, jaką znamy.

W Katedrze Botaniki Farmaceutycznej w CM UJ hodowanych jest teraz około 40 kultur in vitro roślin leczniczych lub mających znaczenie w kosmetologii. Badacze hodują tam m.in. miłorząb japoński, cytryniec chiński, 3 gatunki aronii, granatowiec, tarczycę bajkalską, werbenę lekarską, rutę ogrodową, dziurawce, wąkrotę azjatycką, czystka, a także winorośl.

I tak np. uzyskiwany przez krakowskich naukowców związek resweratrol, który ma korzystne działanie na układ krążenia, a także może mieć znaczenie przeciwnowotworowe czy może regulować metabolizm cukru - jest dostępny w skórce winogron. Antyoksydacyjne flawonoidy i kwasy fenolowe obecne są choćby w liściach miłorzębu, a przeciwzapalny glikozyd - werbaskozyd - w werbenie. Rośliny mogą być więc traktowane są jako żywe reaktory do produkcji niektórych antyoksydantów, związków o możliwym działaniu przeciwnowotworowym czy przeciwzapalnym.

Agarowe kultury mikropędowe Aronia arbutifolia (Aronia czerwonoowocowa). Autorka zdjęcia: dr hab. Agnieszka Szopa, prof. UJ
Agarowe kultury mikropędowe Aronia arbutifolia (Aronia czerwonoowocowa). Autorka zdjęcia: dr hab. Agnieszka Szopa, prof. UJ

Problem w tym, że na niektóre związki z roślin zapotrzebowanie jest spore, a rośliny nie produkują ich na żądanie. Są gatunki, które można hodować tylko w niektórych strefach klimatycznych i nieraz w trudnych do uzyskania warunkach. Czasami też zanim roślina zacznie produkować pożądane związki, musi minąć kilka-kilkanaście lat. A nawet wtedy pożądane związki dostępne są tylko przez krótki okres w roku.

Dlatego biotechnolodzy od dekad pracują nad tym, by uniezależnić się od środowiska i produkować substancje lecznicze dzięki roślinom hodowanym w sterylnych i kontrolowanych warunkach in vitro (w szkle) - na szalce laboratoryjnej czy w kolbie Erlenmeyera.

Naukowcy chcą w laboratorium uzyskać z roślin taką biomasę, w której stężenie pożądanych substancji będzie wyższe lub porównywalne ze stężeniem w naturalnie hodowanej roślinie. A to, jak to zrobić - niestety, nie jest oczywiste.

3.	Kultury wytrząsane Calendula officinalis (Nagietek lekarski); autor zdjęcia: dr Paweł Kubica
Kultury wytrząsane Calendula officinalis (Nagietek lekarski). Autor zdjęcia: dr Paweł Kubica

Prof. Ekiert opowiada, jak wygląda proces zakładania kultury in vitro. Chodzi o to, by namnożyć na pożywce komórki rośliny - czy to w formie miniaturowych pędów, czy bezkształtnej miękiszowej tkanki. Można zacząć od dowolnej części rośliny, np. pąka kwiatu, ogonka liścia, ale najłatwiej - części podliścieniowej. Istotne jest nacięcie - zranienie rośliny, aby zaczął tam powstawać kalus - bezkształtna tkanka przyranna, komórki, które jeszcze nie zaczęły się różnicować.

Najtrudniejsze jest jednak dobranie pożywki i warunków hodowli tak, aby namnożyć te komórki i przymusić je do produkcji pożądanego związku.

Pozyskanie każdej nowej substancji leczniczej wymaga osobnych badań - każdy gatunek ma inne upodobania, inny sposób produkcji. Składniki pożywek mogą różnić się między sobą. A udaje się hodować w ten sposób tylko niektóre rośliny.

Aby przymusić komórki roślin hodowane in vitro do produkowania określonej substancji, można dodawać do pożywki prekursory pożądanych związków - klocki, z których komórki rośliny wyprodukują związek. Innym sposobem jest elicytacja - stworzenie komórkom roślin warunków stresogennych (np. światło UV, zmiana pH, dodatek kultur patogenów). Pod wpływem tych działań w hodowanej in vitro biomasie może dochodzić do zwiększenia produkcji niektórych pożądanych substancji, np. kwasów fenolowych, flawonoidów, kumaryn. Kolejnym etapem jest potem znalezienie sposobu, aby taką produkcję prowadzić na skalę masową, w bioreaktorach.

"Biotechnologia stwarza możliwości uniezależnienia się od warunków klimatycznych, glebowych w produkcji związków z roślin leczniczych. W laboratorium da się hodować kultury in vitro takich roślin pochodzących z różnych rejonów świata. Jesteśmy więc w stanie stymulować i kontrolować produkcję związków ważnych w medycynie, kosmetologii i produkcji 'healthy foods'" - podsumowuje prof. Ekiert.

5.	Kultury bioreaktorowe mikropędów Ruta graveolens – bioreaktory okresowo-zalewowe RITA (prod. francuskiej); autor zdjęcia: dr Paweł Kubica
Kultury bioreaktorowe mikropędów Ruta graveolens – bioreaktory okresowo-zalewowe RITA (prod. francuskiej). Autor zdjęcia: dr Paweł Kubica

Badaczka zwraca uwagę, że chociaż na świecie istnieją już firmy, które na skalę masową produkują in vitro bioaktywne związki roślin leczniczych, to w Polsce popyt na takie hodowle jest nie za duży. Ubolewa, że firmy nie są świadome, że mogą uzyskiwać pożądane substancje w tak nowoczesny sposób i że naukowcy są w stanie opracowywać sposoby na produkcję kolejnych substancji roślinnych.(PAP)

Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ bar/

Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.

Czytaj także

  • Fot. Adobe Stock

    Rezydenci: nie podejmujcie pracy na nowo utworzonych kierunkach lekarskich

  • 14.09.2020. Na zdjęciu Jarosław Pinkas. PAP/Tytus Żmijewski

    Prof. Pinkas: gdy cena alkoholu i papierosów rośnie, spożycie spada

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

newsletter

Zapraszamy do zapisania się do naszego newslettera