Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Do czego możemy wykorzystać kulturę korzeni włośnikowatych?
Agrobacterium rhizogenes jest bakterią glebową, która po zainfekowaniu komórek roślinnych indukuje powstawanie u gospodarza korzeni włośnikowatych. Takie zjawisko występuje w naturze, lecz naukowcy już od wielu lat wykorzystują je w warunkach laboratoryjnych.

Agrobacterium rhizogenes jest patogenem roślinnym, który w miejscu zainfekowania rośliny indukuje powstawanie korzeni włośnikowatych. Dzieje się to dzięki zdolności tej bakterii do przenoszenia fragmentu swojego plazmidu Ri do komórki roślinnej i jego integracji z genomem roślinnym, co skutkuje zmianą metabolizmu takiej komórki.

 

 

W celu przeprowadzenia transformacji z użyciem A. rhizogenes należy wziąć pod uwagę wiele czynników wpływających na efektywność tego działania. Pierwszym z nich jest odpowiedni dobór szczepu bakteryjnego, ponieważ każdy szczep wykazuje specyficzny poziom wirulencji względem różnych gatunków roślin. Ważne jest także dobranie odpowiednich tkanek do transformacji. Powinny być one młode i zdrowe lub po prostu wykazywać duże zdolności regeneracyjne, co także zależy od gatunku rośliny. Równie istotne jest zastosowanie związków fenolowych w pożywce. Są one czynnikiem indukującym wirulencję bakterii. Po przeprowadzonym doświadczeniu niezwykle istotne jest usunięcie bakterii z komórek roślinnych. Aby tego dokonać przekłada się zainfekowane tkanki na podłoże z dodatkiem odpowiedniego antybiotyku i wykonuje się kilka pasaży.

 

 

Przewagą kultury korzeni włośnikowatych nad innymi kulturami jest możliwość ich wzrostu na podłożu nie zawierającym fitohormonów. Innymi korzystnymi cechami są rozrost korzeni bocznych, brak geotropizmu oraz przyrostu wtórnego. Niezwykle istotną cechą jest także możliwość prowadzenia takiej kultury przez wiele lat bez zagrożenia występowania zmienności somaklonalnej, jest ona bardzo stabilna genetycznie. Cechuje się podobną lub wyższą zdolnością do produkcji różnego typu związków w porównaniu do korzeni rośliny macierzystej oraz dużą produkcją biomasy. Obecnie kulturę korzeni włośnikowatych możemy założyć z niemal 400 gatunków roślin. Kultury te są zdolne do produkcji takich związków jak terpenoidy, alkaloidy i fenole.

 

 

Komórki roślinne mają zdolność do wytwarzania metabolitów wtórnych. Metabolity wtórne są związkami, które nie są niezbędne komórce do prowadzenia podstawowych procesów życiowych takich jak wzrost czy rozmnażanie, lecz mogą między innymi stanowić obronę przed patogenami lub też organizmami żerującymi na roślinach, czy też wabić owady zapylające. Ma to ogromne znaczenie z punktu widzenia człowieka, ponieważ związki te mają szerokie spektrum zastosowania w medycynie, chociażby ze względu na swoje właściwości przeciwgrzybiczne lub przeciwbakteryjne. Mogą być stosowane także jako naturalne herbicydy. Przewagą stosowania tych kultur nad bezpośrednią ekstrakcją z surowca roślinnego jest to, że często pożądane związki występują w roślinach chronionych lub rosnących jedynie w wybranych warunkach klimatycznych.

 

Takie korzenie produkują stosunkowo duże ilości metabolitów wtórnych. Przykładem mogą być chociażby korzenie Atropa belladonna, które wytwarzają 3,5 mg/g s.m. alkaloidów tropanowych, natomiast korzenie nietransformowane produkują jedynie 0,3 mg/g s.m. W owych kulturach można także otrzymywać związki o działaniu przeciwnowotworowym, między innymi kamptotecynę, która jest inhibitorem topoizomerazy I. W kulturach Panax quinquefolium otrzymywać można ginsenozydy znane między innymi ze względu na swoje właściwości bakteriobójcze. Kultury Arachis hypogaea są zdolne do wytwarzania rezweratrolu, który między innymi wykazuje działanie antyoksydacyjne, chroni serce oraz stanowi zabezpieczenie przed nowotworami. Kultury korzeni Taxus x media var. Hicksii są zdolne do produkcji taksanów, które cechują się właściwościami antynowotworowymi względem nowotworu jajnika, piersi, pęcherza, szyjki macicy, czerniaków, czy też związanego z występowaniem AIDS mięsaka Kaposiego.

 

Ponadto, w kulturach korzeni włośnikowatych przeprowadza się także biotransformację pożądanych związków. Przykładem może być chociażby kultura Lobelia sessilifolia, w której zaszła biotransformacja związków takich jak (-)-epikatechina, (+)-katechina, kwas protokatechowy i galusowy w 6 pochodnych glukozydowych, w tym dwa zupełnie nowe związki.

 

Ponadto do plazmidu bakteryjnego można wprowadzić obce geny, które następnie ulegają ekspresji w korzeniach włośnikowatych rośliny. Niejednokrotnie udaję się wprowadzić geny z organizmów nawet bardzo odległych taksonomicznie. W rezultacie, możliwym jest otrzymanie zwiększonej biosyntezy dotychczasowych produktów czy też biosyntezy całkiem nowych związków. Oprócz tego, badania z użyciem tego typu kultur umożliwiają dokładniejsze poznanie mechanizmu regulacji metabolizmu wtórnego, którym można w pewnym stopniu manipulować. 

 

Otrzymywanie kultur korzeni włośnikowatych na pewno jest niezwykle istotną techniką stosowaną w biotechnologii roślin. Ich niewątpliwą zaletą jest to, iż w porównaniu do innego rodzaju kultur, w ich komórkach może być produkowany zdecydowanie szerszy zakres związków farmakologicznie czynnych. 

Źródła

Wasilewska A., Królicka A. 2005. Otrzymywanie i charakterystyka kultur korzeni włośnikowatych. Biotechnologia, 71: 173-188.

 

Zhou M.L., Zhu X.M. et al. 2011. Production and metabolic engineering of bioactive substances In plant hairy root culture. Applied Microbiology and Biotechnology, 90: 1229-1239.

KOMENTARZE
Newsletter