Кіріспе
Адам тірі организмдерді өзіне қажет өнімдерді алу үшін ежелден пайдаланып келеді. Мысалы, ауыл шаруашылығында жеке организмдер мен олардың популяциялары қолданылады. Жалпы айтқанда, бүкіл ауыл шаруашылығын биотехнология деп есептеуге де болар еді. Себебі, бұл салада да биологиялық объектілер мен процесстер пайдаланылады. Жаңа биотехнологияда керекті өнімдерді алу үшін in vitro жағдайында өсірілетін клеткалар (микроорганизмдер, өсімдіктер мен жануарлар клеткалары), клетка органоидтары, ферменттер мен мультифермент жүйелері, гендік және клеткалық инженерия әдістерімен құрастырылған жасанды тіршілік формалары қолданылады.
In vitro жағдайында өсірген өсімдік клеткалары табиғи өсімдікке тән биосинтездік қасиетін сақтайды, сондықтан оларды экономикалық маңызы бар заттарды өндіру үшін пайдалануға болады. Сөйтіп, өсімдік клеткаларын өнеркәсіпті технологияларда қолданудың әр түрлі жолдары бар. Маңызды заттарды синтездеумен қатар оларды тағы биотрансформацияға, яғни арзан заттарды басқа бағалы заттарға айналдыру үшін пайдаланады.
Өсімдіктерде алуан түрлі қосымша заттар синтезделеді. Қосымша заттар деп аталса да олардың өсімдіктегі зат алмасудағы орны зор. Олардың көптегені медицинада, техникада, тамақ және парфюмерия өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында кең пайдаланылады.
Маңызды заттарды синтездейтін клеткаларды өсіру биотехнологияның жаңа саласы. Дағдылы биотехнологиялар бағалы биологиялық активті заттарды алу үшін бүтін организмдерді пайдаланса (өсімдіктерді, жануарларды), осы заманғы биотехнологиясы ерікті немесе иммобилизденген өсімдік клеткаларын өсіруге сүйенген клеткалық технологияларға негізделген. Өсірілетін клеткаларды биосинтездік өнеркәсіпте қолданудың 3 жолы бар: клеткалардың in vitro жағдайында биотрансформация жүргізуге мүмкіншілігі болатындығы дәлелденген, яғни кейбір биологиялық активті заттар арзан қарапайым бастаушы заттардан синтезделеді және бұл қарапайым бастаушы заттар химиялық немесе микробиологиялық жолмен өзгертіле алмайды, тек қана өсірілетін клеткалардың ферменттерінің ықпалымен ақырғы бағалы өнімге айналып кетеді.
Өсімдіктер көптеген маңызды заттардың бірден бір қайнар көзі болып келеді. Бірақ өсімдік шикі затының қоры табиғатта таусылып бара жатыр. Осыны еске алғанда, клеткалық техналогияардың орны болашақта ерекше зор екенін түсінуге болады. Клеткалық техналогиялардың ғылыми лабораториялық зерттеулерден соң өнеркәсіпте қолданылуы қазір ғана басталып келе жатыр. Тиімділігі жоғары технологиялардың жасалуы өсімдіктерде қосымша зат алмасу процестерінің генетикалық, биохимиялық, физиологиялық реттелу жөніндегі теориялық білімнің жетіспеушілігімен шектеліп тұр. Себебі бүтін өсімдіктегі зат алмасуында қосымша заттардың қызметі толық зерттеліп бітпеген. Көпшілігінің негізгі функциясы өсімдікті әр түрлі стресс факторларынан қорғау, яғни олар реттеушілер ретінде организмнің тіршілік әрекетін қамтамасыз етуі мүмкін. 1-ші кестеде қосымша метаболиттердің бүтін өсімдік клеткаларында синтезделу және жинақталу орны көрсетілген.
In vitro ны зерттеу кезеңдері
In vitro жағдайында өсетін клеткалар – жаңа жасанды жүйе, оның ерекшеліктері әлі аз зерттелген. Кейде өсірген клеткалардың зат алмасудын филогенез тұрғысыннан бұрын дамыған өсімдіктер тобына тән немесе өсімдіктің ювенильді кезеңіне тән ерекшеліктері байқалады.
З. Б. Шамина қызметтестерімен әпиын көкнар (Papaver somniferum) клеткаларын изогендік өсімдіктер линиясынан шығарып алған. Сабақ ұшындағы меристема клеткаларын бір мезгілде әр түрлі, бірақ жасы бірдей өсімдіктерден бөліп алып, бірдей ортада өсірді. Сондағы шыққан каллустардың өсу және алкалоидтарды синтездеу жағынан айырмашылықтары айтарлықтай болған.
А. Киннесли мен Д. Дугэлл екі темекі өсімдігінен (Nicotiana tabacum) шығарған каллустарда никотин синтезін зерттеді. Сол екі өсімдік бір бірінен тек никотин мөлшерінен айырмашылығы болған, басқа локустары изогендік еді. Никотинді көбірек синтездейтін өсімдіктен шыққан каллус сол қабілетін сақтап қалған.
Өсірген клеткалардың қосымша метаболизмінде бүтін өсімдікпен салыстырғанда едәуір өзгерістер пайда болуы мүмкін. Кейбір өсімдіктердің өсірген клеткаларында бүтін өсімдікте кездеспейтін заттар анықталған, мысалы, рутада (Ruta graveolens) эдулинин мен рутакультин, стефанияда (Stephania cepharanta) ароморин. Тегеурінгүлдің (Delphinium ajacis) өсірген клеткаларында стериндер құрамындағы компоненттердің саны бүтін өсімдіктен артық болған. Andrographis paniculata клеткаларында бүтін өсімдіктен өзге сесквитерпендер табылған. Диоскореяның (Dioscorea deltoidea) тамырсабақ клеткаларында in vitro жағдайында стероид сапониндер мен стериндер құрамының алғашқы ұлпадан әжептәуір айырмашылығы болған.
М. Ценк қызметтестерімен ауксин активтілігі бар 146 химиялық қоспалардың моринда (Morinda citrifolia) клеткаларының өсуіне және антрахинон түзілуіне әсерін зерттеген. Сол химиялық заттардың көбі клеткалардың жақсы өсуіне ықпал еткен. Ал тек қана екеуі – α –нафтилсірке қышқылы мен 2,3,6-үшхлорбензой қышқылы – клеткалардың өсуі мен бірге оларда антрахинонның синтезіне де жақсы ықпал еткен.
М.Айтқожин атындағы Молекулалық биология және биохимия институтындағы табиғи қосылыстардың алмасу энзимологиясы лабораториясында профессор Р. Қонаеваның жетекшілігімен биологиялық активті заттарға бай Қазақстанның эндемик жабайы дәрілік өсімдігі жантақтың (Alhagi kirghisorum) алғаш рет клеткалары in vitro өсіріліп, фенолдық қосылыстардың химиялық құрамы зерттелді. Клеткаларды мутагендермен өңдеу нәтижесінде фенолдық қосылыстардың сапалық құрамы өзгерген клеткалар линиясы алынды. Стресс факторларының әсерінен (элиситорлар, гормондық және көмірсу құрамының өзгеруі) in vitro жағдайында клеткаларда фенолдық қосылыстардың түзілу ретінің өзгеруі көрсетілді. Сонымен қатар өсірілген ұлпалар мен клеткаларда әр түрлі тұздану (хлоридтық, сульфаттық, карбонаттық, бораттық), осмостық стресс, ғарышқа ұшыру әсерінен фенолдық қосылыстардың алмасуы зерттелді. Стресс жағдайында фенолдық комплексінің сапалық құрамының өзгеретіндігі байқалып, in vitro клеткалардағы қорғаныш реакциясында фенол алмасуының негізгі ферменттері фенилаланинаммиак-лиаза және пероксидазаның басты роль атқаратыны анықталды.
