Producerea de Metaboliți

În ultimii ani, interesul pentru metaboliţii secundari de origine vegetală a crescut, dat fiind, pe de o parte efectul lor terapeutic, iar pe de altă parte, caracterul lor natural, în prezent aproximativ 60% dintre medicamentele utilizate pentru oameni fiind de natură vegetală. Dar utilizarea plantelor nu se rezumă numai la domeniul farmaceutic sau agroalimentar, ci ea se poate extinde la cosmetică şi parfumerie.

Se apreciază că un număr mare de compuşi noi sunt identificaţi anual în diferite specii de plante, dar este totodată semnalată şi rapiditatea procesului de extincţie a speciilor şi de îngustare a bazei genetice a resurselor vegetale în lume. De exemplu, planta Pilocarpus pabonadi utilizată pentru producerea medicamentului pilocarpin, datorită colectării neraţionale este în prezent declarată specie ameninţată cu dispariţia în Himalaia şi a fost înlocuită cu Pilocarpus microphyllus ca sursă de principii farmacologic active (R. GUPTA, 1991). Acest fenomen a stimulat atât reconsiderarea importanţei vitale a resurselor genetice cât şi interesul pentru obţinerea metaboliţilor secundari prin metode neconvenţionale. Încă din 1952 J.B. ROUTIEN şi L.G. NICKEL au obţinut un brevet cu titlul "Cultivarea celulelor vegetale" demonstrând cu acest prilej că celulele vegetale pot să crească în medii lichide şi că aceste celule pot fi utilizate pentru obţinerea de compuşi chimici utili. Dar abia 30 de ani mai târziu în 1982 Y. FUJITA şi colab. au raportat producerea primului produs natural la scară comercială - shikoninul din culturi celulare de Lithospernum erythrorhizon.

În ultimii ani numeroase cercetări au fost dedicate producerii de compuşi utili prin culturi de ţesuturi vegetale. Ca urmare s-au înregistrat progrese tehnologice remarcabile, astfel că în prezent studiile bazate pe culturi de celule şi ţesuturi se desfăşoară atât la nivel fundamental cât şi sub forma cercetărilor aplicative care utilizează culturi la scară largă, industrială, pentru producerea comercială a metaboliţilor secundari.

Deoarece sinteza lor nu constituie o parte indispensabilă a programului expresiei genice şi dezvoltării, aceasta poate fi modelată atât prin modificări ale materialului genetic cât şi prin modificări ale mediului sau prin utilizarea unor substanţe cu rol de semnal pentru declanşarea căii biosintetice respective (M. LUCKNER, 1982; K. LINDSAY şi M.G.K. JONES, 1989).

Tehnicile "in vitro" îşi propun stimularea exprimării complete a unor secvenţe metabolice care au ca rezultat sinteza unui metabolit dorit, fapt ce oferă importante avantaje economice prin posibilitatea realizării sintezei la scară industrială, în bioreactoare, ca şi prin dirijarea selectivă a unor anumite secvenţe biosintetice, în funcţie de scopul urmărit (B.E. ELLIS, 1982). De regulă speciile vegetale producătoare de compuşi secundari cresc numai în anumite zone climatice, iar sinteza acestor metaboliţi cu structură complexă pe cale artificială este ne economică, dificultăţi care conduc la fluctuaţii considerabile ale materiei prime şi implicit ale preţului de cost. În plus o serie de reglementări elaborate în multe ţări limitează utilizarea produselor sintetice în special ca aditivi alimentari sau medicamente. Intensa concentrare a cercetărilor efectuate în diferite laboratoare din lume în scopul utilizării culturilor de ţesuturi şi celule vegetale ca surse potenţiale de metaboliţi utili poate fi explicată prin avantajele importante oferite de acestea, ca de pildă:

- metaboliţii utili pot fi obţinuţi în condiţii controlate de mediu, în flux continuu, indiferent de factorii climatici sau de însuşirile solului;

- culturile celulare sunt necontaminate cu microbi şi insecte;

- celulele oricărei plante, tropicale sau alpine, pot fi uşor multiplicate în scopul producerii metaboliţilor specifici;

- controlul automat al creşterii celulare şi reglarea proceselor metabolice contribuie la reducerea costului forţei de muncă şi la îmbunătăţirea productivităţii;

- ciclurile biosintetice ale culturilor celulare în bioreactoare sunt mult mai rapide decât cele ale plantei în condiţii naturale. De exemplu în cazul sikoninului un ciclu de producţie în bioreactoare durează câteva săptămâni, în timp ce numai plantele în vârstă de 5 ani sunt recomandate pentru extracţia produsului farmaceutic (A.W. ALFERMANN şi M. PETERSEN, 1995);

- prin selecţie clonală şi mutageneză se pot izola linii celulare care sintetizează metaboliţii secundari în cantităţi chiar mai mari decât cele prezente în organele specializate ale plantei intacte (M. TABATA, 1977);

- culturile celulare în suspensie pot fi utilizate şi pentru biotransformarea unor substraturi pentru obţinerea unor noi compuşi neidentificaţi în natură sau pentru producerea unor enzime utilizabile în sinteza chimică a compuşilor naturali (K. HERBERS şi colab., 1995).

0 analiză efectuată de specialiştii japonezi privind metodele brevetate, începând cu anul 1975 pentru producerea de compuşi utili prin culturi de ţesuturi şi celulele vegetale, au evidenţiat o creştere semnificativă a numărului acestora, în special în domeniul produselor farmaceutice.