Активные вещества из растений: модули биореактора делят работу по производству
Растения производят множество веществ, которые можно использовать для лечения рака, болезни Альцгеймера или Паркинсона. Однако часто метаболические пути для получения целевого вещества настолько сложны, что его биотехнологическое производство малоэффективно и очень дорого. Ученые из KIT объединили свой опыт с техническими знаниями компании Phyton Biotech GmbH, крупнейшего производителя фармацевтических ингредиентов с использованием растительных клеток. С помощью микрофлюидного биореактора, состоящего из связанных модулей, ученые технически воспроизводят сложную растительную ткань для более эффективного и менее затратного производства активных веществ против рака или болезни Альцгеймера.
По последним оценкам, растения образуют около миллиона химических веществ, так называемых вторичных метаболитов. В отличие от аминокислот или сахара, эти вторичные метаболиты не имеют жизненно важного значения. Однако этот обширный пул растительных продуктов содержит настоящую сокровищницу фармакологически активных веществ, которые подавляют рост раковых клеток или уменьшают образование характерных для Альцгеймера бляшек в мозге.
Многие из этих ценных ингредиентов невозможно произвести синтетически. Часто их приходится извлекать непосредственно из дикорастущих растений и перерабатывать с высокими затратами. Кроме того, многие из этих растений редки и находятся под угрозой исчезновения: например, открытие Таксола, подавляющего раковые клетки, поставило тис тихоокеанский на грань уничтожения. «По этой причине биотехнологические подходы к производству соответствующих активных веществ представляют большой интерес», — говорит профессор Питер Ник из Ботанического института KIT.
Часто лежащие в основе метаболические пути чрезвычайно сложны. В естественном растении интересующее вещество в основном является продуктом длинной цепочки этапов со многими преобразованными промежуточными продуктами. Необходимые для этого химические процессы происходят не обязательно в одной растительной клетке, а в нескольких специализированных типах клеток, находящихся в растительной ткани от корня до листа. Много лет назад Phyton продемонстрировала, что растительные медицинские вещества, такие как Таксол, также можно производить с минимальными ресурсами и устойчиво путем культивирования растительных клеток в лаборатории.
«Однако определенные вещества нельзя производить ни в простой клеточной культуре, ни в микроорганизмах, модифицированных методами генной инженерии, потому что метаболические пути слишком сложны», — говорит Питер Ник. «В рамках нового исследовательского проекта мы теперь хотим технически воспроизвести растительную ткань с различными типами клеток, используя так называемый микрофлюидный биореактор. Он состоит из нескольких модулей, в каждом из которых культивируется один тип клеток. Модули соединены каналами. Метаболические продукты одного типа клеток затем попадают в следующий модуль для дальнейшей обработки без смешивания различных типов клеток. В конце целевое вещество можно извлечь из потока и, таким образом, "собрать"».
Проект курируется Юлихским агентством по управлению проектами (PtJ) и финансируется Федеральным министерством образования и исследований в размере 750 000 евро на срок два года. Партнерами проекта являются Ботанический институт и Институт технологии микроструктур (оба — KIT) и компания Phyton Biotech GmbH. Вместе три партнера обладают опытом, необходимым для проекта. Ботанический институт вносит свои знания в области молекулярной клеточной биологии культур растительных клеток. Профессор Андреас Губер и доктор Ральф Аренс из Института технологии микроструктур отвечают за разработку и изготовление компонентов микрофлюидных биореакторов, их микроассемблирование и соединение в функционирующую систему. Промышленный партнер Phyton Biotech GmbH является мировым лидером в области ферментации растительных клеток и предоставляет опыт и инфраструктуру, необходимые для анализа потенциальных применений в промышленных масштабах.
«Сотрудничество с экспертами KIT позволит нам выйти на новый уровень использования растительных клеток, произведенных путем контролируемого культивирования», — говорит д-р Гилберт Горр, директор по исследованиям и разработкам Phyton. «Наша общая цель — сделать доступными другие природные вещества, которые до сих пор производились с большими трудностями и высокими затратами».
Phyton Biotech производит высококачественные активные фармацевтические ингредиенты путем ферментации растительных клеток (PCF) и является мировым поставщиком Паклитаксела и Доцетаксела. Компания успешно прошла инспекции таких органов, как EDQM, EMA, FDA, KFDA и TGA. Помимо производства, Phyton также предлагает клиентам услуги по разработке. Они охватывают разработку линий растительных клеток и процессов ферментации для растительных ингредиентов, а также разработку процессов синтеза сложных веществ.