Клетки, изъятые из материнских растений и помещены in vitro, сохраняют способность воспроизводить основные цепи биохимических синтезов вторичных метаболитов.
In vitro создаются условия, позволяющие выделить отдельные новые штаммы клеток со стойкой направленности синтеза веществ вторичного обмена. Важно то, что в ряде случаев in vitro клетка приобретает способность синтезировать вещества, которые в интактной материнском растении не обнаружены, например: перицин, перикалин, хинокиол, феригинол, вомиленин и другие. В ряде случаев в клеточных культурах целевой продукт накапливается в значительно больших количествах, чем в соответствующих интактных растениях (табл. 5). Этому способствуют селекция мутантных клонов и оптимизация условий выращивания.
На этой основе создается возможность разработки методов и технологий для получения веществ вторичного синтеза, ценные для медицины, парфюмерии, сельского хозяйства. Первое сообщение о синтезе каучука клетками гваюла сделал в 1940 году Дж. Боннер. Сегодня насчитывается более 50 групп вторичных метаболитов, продуцируемых культурами растительных клеток. Среди них: алкалоиды, аминокислоты, антилейкемийни агенты, антиопухолевые агенты, белки, витамины, гормоны, душистые вещества, ингибиторы вирусов растений, красители, инсектициды, инсулинподибни вещества, липиды, пигменты, пищевые добавки и пр.. Получения вторичных метаболитов in vitro имеет ряд преимуществ:
- Скорость получения;
- Независимость от погодных условий;
- Ненужность больших площадей для выращивания растений в открытом грунте;
- Освобождение растительного материала от болезней и вредителей;
- Получение экологически чистых продуктов.
Для получения веществ вторичного синтеза используют два основных типа культур in vitro. Это культура каллусных тканей и клеточные суспензии. Каллусных культур, которые имеют медленную
скорость роста, как правило, накапливают вторичные метаболиты в больших количествах, чем клетки суспензии, которые при выращивании в ферментерах накапливают значительное количество биомассы, но выход вторичных веществ остается относительно низким. В связи с этим при промышленном культивировании предпочтение отдается использованию иммобилизованных (неподвижных) клеток, которые накапливают биомассу медленнее, чем клетки, которые растут в редких суспензионных культурах.
Клетки, иммобилизованные в или на инертный субстрат имеют ряд преимуществ перед клетками, которые культивируются в свободном состоянии:
- Они не образуют агрегатов, не дифференцируются и не изменяют синтетическую активность;
- Имеют повышенную стойкость к механическим повреждениям;
- У них фаза роста совпадает с фазой образования метаболитов;
- Их легко можно перенести в свежую среду или реакционную смесь.
Для иммобилизации можно использовать гомогенную суспензию, небольшие агрегаты клеток или гомогенат растительной ткани.