Байки из лабы: целебные травы из пробирки

С самого начала своего существования человек активно использует растения не только в качестве пищи, но и как лекарства. Еще пять тысяч лет назад врачи Месопотамии, Египта, Индии, Китая и других регионов записывали рецепты растительных препаратов. Позднее подобные документы стали появляться и в Европе. Однако отдельной наукой — фармакогнозией — изучение целебных свойств природного сырья стало только в XIX веке.

В России ежегодно заготавливаются тысячи тонн лекарственных растений. Их собирают в естественной среде, выращивают на плантациях и фермах, закупают в других странах. Также развивается направление получения лекарственных растений in vitro, то есть в лабораторных условиях. Подход хорош тем, что не зависит от условий погоды и климата, не требует больших территорий. Кроме того, растения, выращенные в грунте или в естественных условиях, могут быть загрязнены тяжелыми металлами или различными химическими соединениями. Постоянство условий, в которых произрастают растения, обеспечивает и относительное постоянство содержания биологически активных веществ.

Исследователи института живых систем БФУ имени И. Канта разрабатывают технологию получения веществ, обладающих цитотоксическими (запускающими гибель, например, раковых клеток), антиоксидантными и антимикробными свойствами. Уже сейчас ученые культивируют отдельные клетки и органы лекарственных растений, в том числе исчезающих. На сегодняшний день они проанализировали более 30 видов.

В биотехнологии растительной клетки культуры бывают двух типов: каллусного и суспензионного. В обоих случаях все начинается с каллуса — структуры из потерявших специализацию (дедифференцированных) клеток, которая может дать начало целому организму. Она образуется у растений при ранениях. Лучше всего получать каллус из молодых тканей, ответственных за деление клеток, то есть меристем. Специализированные ткани тоже подходят, однако эффективность такого эксперимента намного хуже. Работают с материалом в строго стерильных условиях, и в конце концов он помещается на питательную среду. Последняя содержит особые вещества, способствующие дедифференцировке клеток. В результате получается аморфная клеточная масса, цвет которой может быть разным: от белого и желтоватого до зеленого и красного. Спустя месяц или два, в зависимости от вида растения, первичный каллус пересаживают на новую среду. В нее можно добавить определенные гормоны и вызвать дифференцировку клеток, вплоть до образования полноценного организма. Каллус может быть разным по консистенции. Из рыхлого, от которого легко отделяются клетки, получают суспензионные культуры. Каллус переносят в жидкую среду того же состава, на котором он рос. Дальнейшая судьба культуры может быть различной в зависимости от типа ее ведения. В закрытой системе клетки в суспензии существуют без добавления среды в течение всего цикла. В открытой системе среду периодически меняют и отбирают часть биомассы.

Описанная технология позволяет реализовать свойство тотипотентности — способности одной клетки дать начало целому организму со всем его структурным и функциональным многообразием. По сути, растение регенерируется из дедифференцированной биомассы. Это может происходить спонтанно при длительном культивировании или же под воздействием внешних факторов, например добавления в среду гормонов. Образуются две полярных структуры, зачатки корня и стебля; место их формирования называется меристематическим очагом. Они постепенно развиваются, давая начало растению. Однако так происходит не всегда: порой процесс дифференцировки завершается образованием тканей, но не органов.

Для исследования биологически активных веществ из выращенных растений и биомассы необходимо их выделить. Калининградские исследователи использовали метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Он позволяет одновременно разделять сложную смесь на компоненты, определять их и измерять концентрации. Суть метода заключается в различном взаимодействии пропускаемых веществ с неким сорбентом внутри резервуара, называемого колонкой. В результате они идут через прибор последовательно. На выходе стоят детекторы, улавливающие поглощение соединением света с определенной длиной волны или же его свечение (флуоресценцию). Получается хроматограмма — график с пиками, различающимися по высоте. Очевидно, чем выше пик, тем больше концентрация компонента в смеси.

После хроматографии биологически активные вещества, уже разделенные и детектированные, направляются в лабораторию синтетической биологии для исследования их цитотоксичности, что может оказаться полезным при разработке лекарств от рака. Лаборатория антиоксидантной активности проводит испытания одноименного свойства. Вещества с такой характеристикой используются для предотвращения порчи продуктов и некоторых полимеров. Сотрудники лаборатории микробиологии и биотехнологии исследуют действие выделенных соединений на патогенные микроорганизмы — бактерии и грибы.

Но только выделением биологически активных веществ задачи лаборатории не ограничиваются. В планах исследователей — изучить их свойства in vivo, то есть в экспериментах на животных.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.