Соединения лекарственных растений, получаемые в культурах волосатых и трансгенных волосатых корней: обзор

Введение: Растения вырабатывают множество молекул, некоторые из которых имеют лекарственное значение. Для стабильного и контролируемого получения растительных соединений используют биотехнологические системы, например культуры клеток в суспензии и волосатых корней. Волосатые корни получают посредством генетической трансформации, опосредованной Rhizobium rhizogenes — грамотрицательной бактерией, которая случайным образом встраивает трансферную ДНК (Т-ДНК) из плазмиды индукции корней (pRI) в хромосому растительной клетки. Экспрессия Т-ДНК в растительных клетках вызывает метаболические изменения, способствующие формированию волосатых корней. Основные преимущества получения соединений лекарственных растений в таких биотехнологических системах — высокий выход органоспецифичных биоактивных соединений, синтез вторичных метаболитов и возможность масштабирования производства в биореакторах. Цель этой статьи — описать применение и преимущества культур волосатых корней для получения специфических соединений вторичного метаболизма растений или соединений, синтезируемых de novo; рассмотрены публикации за последние 14 лет.

Методы: Проведен широкий поиск публикаций, посвящённых получению биоактивных соединений лекарственных растений в культурах волосатых корней. Для поиска максимального числа работ за последние 14 лет использовали базы данных Scopus, PubMed, Google Scholar, Web of Science, Redalyc и SciELO. В обзор включили отобранные публикации, представляющие наибольшую значимость.

Результаты: В обзор включили 112 оригинальных исследований. Рассмотрены основные преимущества культур волосатых корней для получения вторичных метаболитов, используемых в качестве лекарственных соединений. Эти культуры способны вырабатывать широкий спектр органоспецифичных соединений, включая вторичные метаболиты, благодаря активации сложных метаболических путей. Этому способствует экспрессия генов, встроенных в хромосому растительной клетки при генетической трансформации, опосредованной R. rhizogenes. В результате наблюдаются стабильное и непрерывное получение молекул на протяжении нескольких лет, а также более высокий выход по сравнению с растениями дикого типа. Еще одно преимущество — возможность простого масштабирования производства в биореакторах.

Выводы: Волосатые корни успешно получены у разных видов растений. Сложная эндомембранная система клеток корня в таких культурах способствует выработке широкого спектра биоактивных молекул вторичного метаболизма, в том числе фенолов, терпенов и алкалоидов. Поскольку гены rol плазмиды pRI встраиваются случайным образом, в каждой индуцированной культуре волосатых корней активируются разные пути вторичного метаболизма. Лишь в немногих линиях волосатых корней концентрация отдельных молекул, обнаруживаемых в растении дикого типа, или метаболитов, синтезируемых de novo, включая соединения лекарственного значения, выше; некоторые из этих веществ выделяются в культуральную среду.