J Pharm Bioallied Sci. 2012 Jan-Mar; 4(1): 10–20. doi:  10.4103/0975-7406.92725PMCID: PMC3283951

Current approaches toward production of secondary plant metabolitesMd. Sarfaraj Hussain, Sheeba Fareed, Saba Ansari, Md. Akhlaquer Rahman, Iffat Zareen Ahmad,1 and Mohd. Saeed1

Author information ► Article notes ► Copyright and License information ►

Pendekatan saat ini terhadap produksi metabolit sekunder tanamanMd. Sarfaraj Hussain, Sheeba Fareed, Saba Ansari, Md. Akhlaque Rahman, Iffat Zareen Ahmad, 1 dan Mohd. Saeed 1Penulis informasi ► catatan Pasal ► Hak Cipta dan Lisensi informasi ►Artikel ini telah dikutip oleh artikel lainnya di PMC.Pergi ke:AbstrakTanaman merupakan sumber yang luar biasa untuk penemuan produk baru dengan pentingnya obat dalam pengembangan obat. Hari ini beberapa bahan kimia yang berbeda yang berasal dari tanaman obat yang penting, yang saat ini digunakan dalam satu atau lebih negara di dunia. Metabolit sekunder secara ekonomi penting sebagai obat, rasa dan wewangian, pewarna dan pigmen, pestisida, dan aditif makanan. Banyak obat yang dijual saat ini adalah modifikasi sintetik sederhana atau salinan dari zat alami yang diperoleh. The berkembang kepentingan komersial metabolit sekunder dalam beberapa tahun terakhir mengakibatkan minat yang besar dalam metabolisme sekunder, khususnya di kemungkinan mengubah produksi metabolit tanaman bioaktif dengan menggunakan teknologi kultur jaringan. Sel tumbuhan dan teknologi kultur jaringan dapat dibentuk secara rutin dalam kondisi steril dari eksplan, seperti daun tanaman, batang, akar, dan meristem untuk kedua cara untuk perkalian dan ekstraksi metabolit sekunder. Dalam produksi vitro dari metabolit sekunder dalam kultur suspensi sel tanaman telah dilaporkan dari berbagai tanaman obat, dan bioreaktor adalah langkah kunci untuk produksi komersial. Berdasarkan cahaya kapur ini, tinjauan ini ditujukan untuk menutupi aplikasi phytotherapeutic dan kemajuan terakhir untuk produksi beberapa obat-obatan tanaman penting.KATA KUNCI: kultur suspensi sel, tanaman obat, obat-obatan tanaman, metabolit sekunderTanaman obat adalah sumber paling eksklusif obat menyelamatkan nyawa bagi mayoritas penduduk dunia. Pemanfaatan sel tanaman untuk produksi senyawa alami atau rekombinan dari bunga komersial telah memperoleh perhatian meningkat selama dekade terakhir. [1]

The metabolit sekunder diketahui memainkan peran utama dalam adaptasi tanaman untuk lingkungan mereka dan juga mewakili penting sumber obat-obatan. [2]

metabolisme didefinisikan sebagai jumlah dari semua reaksi biokimia yang dilakukan oleh organisme. Jalur metabolik utama berkumpul terlalu sedikit produk akhir, sementara jalur metabolik sekunder menyimpang terlalu banyak produk. Primer membutuhkan sel untuk menggunakan nutrisi dalam lingkungannya seperti senyawa berat molekul rendah untuk aktivitas selular. Ada tiga jalur potensial untuk metabolisme utama: Embden Meyerhof-Parnas Pathway (EMP), jalur Entner-Dourdorof, dan monofosfat heksosa (HMP) jalur. EMP menghasilkan dua molekul piruvat melalui triosa fosfat intermediet. Jalur ini terjadi paling banyak pada hewan, tumbuhan, jamur, ragi, dan sel-sel bakteri. Banyak mikroorganisme, bagaimanapun, menggunakan jalur ini semata-mata untuk penggunaan glukosa. Selama metabolisme primer, heksosa seperti glukosa dikonversi menjadi protein sel tunggal oleh ragi dan jamur. Hal ini umumnya dilakukan dengan menggunakan kombinasi EMP dan HMP jalur, diikuti oleh trikarboksilat asam (TCA) siklus dan respirasi. Tanaman menghasilkan beragam luas dan beragam senyawa organik, sebagian besar yang tidak muncul untuk berpartisipasi secara langsung dalam pertumbuhan dan perkembangan. Zat-zat ini, secara tradisional disebut sebagai metabolit sekunder, sering didistribusikan secara berbeda antara kelompok taksonomi terbatas dalam kerajaan tanaman. Fungsi mereka, banyak yang masih belum diketahui, sedang dijelaskan dengan meningkatnya frekuensi. Metabolit primer, kontras, seperti pitosterol, lipid asil, nukleotida, asam amino, dan asam organik, ditemukan di semua tanaman dan melakukan peran metabolik yang penting dan biasanya jelas. Meskipun terkenal karena kompleksitas struktur kimia dan jalur biosintesis, produk alami telah banyak dianggap sebagai biologis tidak signifikan dan secara historis mendapat sedikit perhatian dari sebagian besar ahli biologi tanaman. Ahli kimia organik farmasi, bagaimanapun, telah lama tertarik dengan fitokimia novel dan telah menyelidiki sifat kimia mereka secara luas sejak tahun 1850-an. Studi dari produk alami mendorong pengembangan teknik pemisahan, spektroskopi pendekatan struktur penyuluhan, dan metodologi sintetis yang sekarang merupakan dasar dari kimia organik kontemporer. Minat pada produk alami tidak murni akademis melainkan dipicu oleh utilitas besar mereka sebagai pewarna, polimer, serat, perekat, minyak, lilin, agen penyedap, parfum, dan obat-obatan. Pengakuan sifat biologis produk alami segudang telah memicu fokus saat bidang ini, yaitu, pencarian obat baru, antibiotik, insektisida, dan herbisida. Berdasarkan asal biosintesis mereka, produk alami tanaman dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama: terpenoid, alkaloid, dan senyawa fenolik. Semua terpenoid, termasuk kedua metabolit primer dan lebih dari 25.000 senyawa sekunder, yang berasal dari lima karbon prekursor isopentenil difosfat (IPP). 12.000 atau lebih dikenal alkaloid, yang mengandung satu atau lebih atom nitrogen, yang dibiosintesa terutama dari asam amino. 8000 atau lebih senyawa fenolik yang dibentuk dengan cara baik jalur asam shikimat atau malonat / jalur asetat. [3] Dalam ulasan ini, kami memberikan gambaran tentang tren baru pada produksi metabolit sekunder tanaman.Pergi ke:Pemikiran dari StudiTujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan gambaran dari berbagai karya yang telah dilakukan dan bisa dilakukan di bidang rekayasa metabolik tanaman metabolit sekunder dengan menggunakan ragi dan untuk mencari kemungkinan menggunakan metode dan mekanisme untuk produksi berbagai manusia mempromosikan kesehatan tanaman metabolit sekunder di masa mendatang. Keuntungan

prinsip teknologi terbaru adalah bahwa hal itu dapat memberikan terus menerus, sumber terpercaya farmasi tanaman dan dapat digunakan untuk budaya skala besar sel tanaman dari mana metabolit ini dapat diekstraksi. Sel tumbuhan dan kultur jaringan menjanjikan besar untuk produksi dikendalikan dari segudang metabolit sekunder yang berguna pada permintaan. Hasil dan produktivitas saat ini tidak dapat memenuhi tujuan komersial bioproses berbasis sel tanaman untuk produksi yang paling metabolit sekunder. Dalam rangka untuk meregangkan batas, kemajuan terbaru, arah baru, dan kesempatan dalam proses berbasis sel tanaman sedang diperiksa secara kritis. Namun, paling sering uji coba dengan kultur sel tanaman gagal untuk menghasilkan produk yang diinginkan. Dalam kasus tersebut, strategi untuk meningkatkan produksi metabolit sekunder harus dipertimbangkan. Salah satu masalah utama yang dihadapi adalah kurangnya pengetahuan dasar tentang rute biosintesis dan mekanisme yang bertanggung jawab untuk produksi metabolit tanaman. Di mana produktivitas metabolit yang diinginkan dibatasi oleh kurangnya prekursor tertentu, biotransformasi menggunakan pasokan eksogen prekursor biosintesis, manipulasi genetik, dan rekayasa metabolik dapat meningkatkan akumulasi senyawa. Elisitor, senyawa memicu pembentukan metabolit sekunder, bisa abiotik atau biotik. Elisitor alam termasuk polisakarida seperti pektin dan kitosan, yang juga digunakan dalam imobilisasi dan Permeabilisasi sel tumbuhan. Imobilisasi dengan sistem yang sesuai bioreaktor memberikan beberapa keuntungan, seperti operasi proses yang berkesinambungan, tapi untuk pengembangan proses kultur sel tanaman bergerak, sekresi alami atau artifisial diinduksi dari akumulasi produk ke medium sekitarnya perlu.Pergi ke:Kemajuan dalam Produksi Metabolit SekunderSel tumbuhan dan kultur jaringan menjanjikan besar untuk produksi dikendalikan dari segudang metabolit sekunder yang berguna pada permintaan. Penemuan kultur sel mampu menghasilkan senyawa obat tertentu pada tingkat yang sama atau lebih tinggi dari tanaman utuh telah dipercepat dalam beberapa tahun terakhir telah diringkas dalam Tabel 1. [4] Dalam rangka untuk mendapatkan hasil yang tinggi cocok untuk eksploitasi komersial, usaha telah difokuskan pada mengisolasi kegiatan biosintesis sel berbudaya, dicapai dengan mengoptimalkan kondisi budaya, memilih strain tinggi memproduksi dan menggunakan makan prekursor, metode transformasi, dan teknik imobilisasi. [5] transgenik akar rambut budaya telah merevolusi peran jaringan tanaman budaya dalam produksi metabolit sekunder. Mereka unik dalam stabilitas genetik dan biosintesis mereka, lebih cepat dalam pertumbuhan, dan lebih mudah dipelihara. Menggunakan metodologi ini, berbagai senyawa kimia telah disintesis. [6] Kemajuan dalam kultur jaringan, dikombinasikan dengan peningkatan rekayasa genetika obat-obatan, nutraceuticals, dan zat bermanfaat lainnya. [7] Kemajuan terbaru dalam biologi molekuler, enzim, dan teknologi fermentasi kultur sel tanaman menunjukkan bahwa sistem ini akan menjadi sumber yang layak metabolit sekunder yang penting. [8] manipulasi Genome ini mengakibatkan jumlah yang relatif besar senyawa yang diinginkan yang dihasilkan oleh tanaman yang terinfeksi dengan virus yang direkayasa, sedangkan tanaman transgenik dapat mempertahankan konstan tingkat produksi protein tanpa intervensi tambahan. [9] skala besar kultur jaringan tanaman ditemukan menjadi pendekatan alternatif yang menarik untuk metode tradisional perkebunan karena menawarkan dikendalikan pasokan biokimia independen dari ketersediaan tanaman. [10]tabel 1tabel 1

Metabolit sekunder bioaktif dari kultur sel tanaman [4,9,61]Pergi ke:Produksi sekunder Metabolit dari Tanaman Obat oleh Jaringan Tanaman BudayaKarena kemajuan ini, penelitian di bidang teknologi kultur jaringan untuk produksi bahan kimia tanaman telah mekar di luar harapan [4] Keuntungan utama dari sistem kultur sel selama budidaya konvensional seluruh tanaman adalah sebagai berikut:. Senyawa yang berguna dapat diproduksi dalam kondisi yang terkendali independen dari perubahan iklim atau kondisi tanah. Sel berbudaya akan bebas dari mikroba dan serangga. Sel-sel dari setiap tanaman, tropis atau alpine, bisa dengan mudah diperbanyak untuk menghasilkan metabolit spesifik mereka. Kontrol otomatis dari pertumbuhan sel dan regulasi rasional proses metabolit akan mengurangi biaya tenaga kerja dan meningkatkan produktivitas. Zat organik yang diekstrak dari kultur kalus.Pergi ke:Tren Produksi Tanaman Sekunder Metabolit dari Tanaman TinggiSel tumbuhan dan kultur jaringan dapat dibentuk secara rutin dalam kondisi steril dari eksplan, seperti daun tanaman, batang, akar, dan meristem untuk perkalian dan ekstraksi metabolit sekunder. Peningkatan ketegangan, metode untuk pemilihan jalur sel tinggi memproduksi, dan optimasi media dapat menyebabkan peningkatan produksi metabolit sekunder. Kapasitas untuk sel tumbuhan, jaringan, dan organ budaya untuk menghasilkan dan mengumpulkan banyak senyawa kimia yang sama berharga sebagai tanaman induk di alam telah diakui hampir sejak awal teknologi in vitro. Permintaan yang kuat dan berkembang di pasar saat ini untuk alami, produk terbarukan telah memfokuskan kembali perhatian pada in vitro bahan tanaman sebagai pabrik potensial untuk produk fitokimia sekunder dan telah membuka jalan bagi penelitian baru menjelajahi ekspresi produk sekunder secara in vitro. [11] Ada seri dari keuntungan yang berbeda untuk menghasilkan produk sekunder berharga dalam kultur sel, bukan di vivo di pabrik tanaman secara keseluruhan.Ini meliputi: Produksi dapat lebih diandalkan, sederhana, dan lebih dapat diprediksi. Isolasi fitokimia bisa cepat dan efisien, jika dibandingkan dengan ekstraksi dari seluruh tanaman yang kompleks. Senyawa yang dihasilkan secara in vitro dapat langsung paralel senyawa di seluruh tanaman. Senyawa campur yang terjadi di pabrik bidang-tumbuh dapat dihindari dalam kultur sel. Jaringan dan sel budaya dapat menghasilkan sumber didefinisikan phytochemical standar dalam volume besar. Jaringan dan sel budaya adalah model potensial untuk menguji elisitasi. Kultur sel dapat radiolabeled, sehingga produk sekunder akumulasi, ketika diberikan sebagai pakan untuk hewan laboratorium, dapat ditelusuri metabolik.Sedangkan penelitian sampai saat ini telah berhasil memproduksi berbagai phytochemical sekunder berharga dalam terorganisir kalus atau suspensi budaya, dalam kasus lain produksi memerlukan tanaman mikro lebih dibedakan atau budaya organ. [12] Situasi ini sering terjadi ketika metabolit bunga hanya diproduksi di jaringan tanaman khusus atau kelenjar di tanaman induk. Sebuah contoh utama adalah ginseng (Panax ginseng). Karena saponin dan lainnya metabolit berharga secara khusus diproduksi di akar ginseng, akar budaya diperlukan in vitro. Demikian pula, tanaman herbal seperti Hypericum perforatum (St John Wort), yang terakumulasi dalam hypericins dan hyperforins di kelenjar daun, belum menunjukkan kemampuan untuk mengakumulasi fitokimia dalam sel dibeda-bedakan. [13] Sebagai contoh lain, biosintesis lisin untuk anabasine terjadi dalam tembakau (Nicotiana tabacum) akar, diikuti oleh konversi anabasine untuk nikotin dalam daun. Kalus dan kultur pucuk tembakau dapat menghasilkan hanya melacak jumlah nikotin karena mereka tidak memiliki organ-spesifik senyawa

anabasine. Dalam kasus lain, setidaknya beberapa derajat diferensiasi dalam kultur sel harus terjadi sebelum suatu produk dapat disintesis (misalnya, vincristine atau vinblastin dari tapak dara). Reliance pabrik pada struktur khusus untuk produksi metabolit sekunder yang, dalam beberapa kasus, adalah mekanisme untuk menjaga senyawa beracun diasingkan. Kegiatan intensif telah berpusat pada produksi obat alami atau senyawa chemoprotective dari kultur sel tanaman oleh satu atau lebih dari strategi berikut:Pergi ke:Budaya organ untuk Secondary Metabolit Produksi Fritillaria unibracteata dapat cepat diperbanyak, langsung dari stek kecil dari bola dengan teknik kultur organ. Bola berbudaya dapat dipanen setelah periode kultur 50 hari media MS ditambah dengan 4,44 - M BA dan 5,71 - M IAA. Tingkat pertumbuhan sekitar 30-50 kali lebih tinggi dari yang di bawah kondisi pertumbuhan alam liar. Kandungan alkaloid dan mikro menguntungkan di lampu berbudaya lebih tinggi daripada yang ditemukan dalam bola liar. [14] Dalam vitro multiplikasi tunas dari Frangula alnus diperoleh pada media tanaman berkayu dengan indole-3-acetic acid dan 6-benzylaminapurine, tertinggi produksi metabolit (1731 mg / 100 g total antrakuinon berada di pucuk tumbuh pada media MS dengan penambahan 1-naphthilaceneacetic (NAA) (0,1 mg / l) dan thidiazuron (TDZ) (0,1 mg / l). [15]Pergi ke:Prekursor Penambahan untuk Peningkatan Metabolit Produksi Sekunder pengobatan sel tumbuhan dengan Elisitor biotik dan / atau abiotik telah menjadi strategi yang berguna untuk meningkatkan produksi metabolit sekunder dalam kultur sel. [11] Yang paling sering digunakan Elisitor dalam studi sebelumnya yang karbohidrat jamur, ragi ekstrak, M, J dan kitosan. MJ, senyawa sinyal terbukti, adalah elisitor yang paling efektif dari produksi taxol di Taxus chinensis Roxb. [16] dan produksi gonsenoside di P. ginseng CA Budaya Meyercell / organ. [17,18,19] Keterlibatan asam amino dalam biosintesis Hiperforin dan adhyperforin dilaporkan dalam budaya menembak H. perforatum. Valin dan isoleusin, setelah administrasi dengan budaya menembak, dimasukkan ke dalam rantai samping asil dari Hiperofin dan adhyperforin, masing-masing. Feeding budaya menembak dengan lisoleucine unlabelled pada konsentrasi 2 mM diinduksi peningkatan 3-7 kali lipat dalam produksi Hiperforin a. [20] Produksi triterpen di daun-berasal kalus dan suspensi sel budaya pegagan ditingkatkan oleh makan asam amino. Dalam kultur kalus, peningkatan berjenis akumulasi asiaticoside dilaporkan dengan penambahan leusin. [21]Pergi ke:Elisitasi In vitro produk Tanaman dan / atau sel tanaman in vitro menunjukkan fisiologis dan respon morfologi untuk mikroba, fisik, atau faktor-faktor kimia yang dikenal sebagai "Elisitor." Elisitasi adalah proses merangsang atau meningkatkan sintesis metabolit sekunder oleh tanaman untuk memastikan kelangsungan hidup mereka, ketekunan, dan daya saing. [11,22] Studi ini diterapkan di beberapa Elisitor abiotik untuk meningkatkan pertumbuhan dan ginseng saponin biosintesis di akar rambut dari P. ginseng. [23] Secara umum, perawatan elisitor ditemukan untuk menghambat pertumbuhan akar rambut, meskipun secara bersamaan meningkatkan ginseng saponin biosintesis. Asam tanat mendalam menghambat pertumbuhan akar rambut selama periode pertumbuhan. Produksi metabolit sekunder di kalus, suspensi sel, dan akar rambut dari Ammi Majus L. adalah dengan mengekspos mereka untuk Elisitor: benzo (1,2,3) -thiadiazole-7-carbothionic asam S-methyl ester dan diautoklaf lisat sel suspensi bacteria- Enterobacter Sakazaki. [24] GC dan analisis GC-MS kloroform dan metanol ekstrak

menunjukkan akumulasi lebih tinggi dari umbelliferone dalam jaringan menimbulkan daripada di yang kontrol. Chitosan adalah polisakarida elisitor biotik dan itu memunculkan peningkatan berjenis produksi antrakuinon di Rubia kultur sel akane. [25]Pergi ke:Budaya Akar berbulu sebagai Sumber Metabolit sekunderSistem akar rambut berdasarkan inokulasi dengan rhizogenes Agrobacterium telah menjadi populer dalam dua dekade terakhir sebagai metode untuk memproduksi metabolit sekunder yang disintesis di akar tanaman. [11,26] Fenotip akar rambut ditandai dengan pertumbuhan hormon-independen cepat, kurangnya geotropism, lateral yang bercabang, dan stabilitas genetik. Metabolit sekunder yang dihasilkan oleh akar rambut yang timbul dari infeksi bahan tanaman oleh A. rhizogenes yang sama dengan yang biasanya disintesis di akar induk utuh, dengan hasil yang sama atau lebih tinggi. [27] Fitur ini, bersama-sama dengan stabilitas genetik dan pertumbuhan yang cepat umumnya media kurang phytohormones sederhana, membuat mereka sangat cocok untuk studi biokimia tidak mudah dilakukan dengan kultur akar tanaman utuh. Selama proses infeksi, A. rhizogenes transfer bagian dari DNA (DNA ditransfer, T-DNA) yang terletak di akar-inducing plasmid Ri ke sel tanaman, dan gen yang terdapat di segmen ini disajikan dalam cara yang sama seperti endogen yang gen dari sel tumbuhan. Beberapa rhizogenes A., seperti ketegangan A4, memiliki T-DNA dibagi menjadi dua bagian: TR-DNA dan TL-DNA, yang masing-masing dapat dimasukkan secara terpisah ke dalam genom tanaman. Dua set gen pri terlibat dalam proses induksi akar: gen aux terletak di wilayah TR dari pri T-DNA dan rol (root lokus) gen dari wilayah TL [28] Akar berbulu biasanya diinduksi pada. aseptik, terluka bagian tanaman dengan inokulasi mereka dengan A. rhizogenes.Pergi ke:Manipulasi genetik di Berbulu Akar Budaya untuk Produksi Metabolit SekunderAkar Berubah memberikan alternatif yang menjanjikan untuk eksploitasi bioteknologi sel tumbuhan. A. rhizogenes-dimediasi transformasi tanaman dapat digunakan dengan cara yang analog dengan prosedur yang terkenal menggunakan Agrobacterium tumifaciens. Transformasi A. rhizogenes-dimediasi juga telah digunakan untuk menghasilkan transgenik budaya akar rambut dan planlet telah diregenerasi. [11] Tak satu pun dari urutan T-DNA lain yang diperlukan untuk transfer dengan pengecualian urutan perbatasan. Sisa dari T-DNA dapat digantikan dengan DNA asing dan diperkenalkan ke dalam sel yang seluruh tanaman dapat diregenerasi. Urutan DNA asing ini secara stabil diwariskan secara Mendel. [29] Transformasi A. rhizogenes-dimediasi memiliki keuntungan untuk dapat mentransfer gen asing menarik ditempatkan di vektor biner ke berubah clone akar rambut. Sebuah contoh dari gen yang diinginkan berkaitan dengan metabolisme sekunder yang diperkenalkan ke akar rambut adalah gen 6-hidroksilase dari hyocyamus muticus yang diperkenalkan ke hyocyamin kaya Atropa belladonna oleh sistem vektor biner menggunakan A. rhizogenes. [30] Direkayasa akar menunjukkan peningkatan jumlah aktivitas enzim dan konsentrasi lima kali lipat lebih tinggi dari skopolamin.Pergi ke:Peran endofitik di In vitro Produksi Metabolit SekunderAda tiga sekolah pemikiran tentang asal-usul metabolisme sekunder pada tanaman. [11,31] Ada argumen bahwa kedua tanaman dan mikroba endofit coevolved dengan jalur untuk menghasilkan produk-produk alami. Pikiran lain adalah bahwa transfer gen horizontal kuno berlangsung antara tanaman dan mikroba. Ketiga menunjukkan bahwa baik tanaman atau jamur endofit menghasilkan

metabolit sekunder dan mentransfernya ke simbion lainnya. Studi jalur biosintesis menggunakan asam amino prekursor radiolabeled mengungkapkan bahwa tanaman dan jamur endofit memiliki jalur metabolisme yang sama tetapi berbeda untuk produksi metabolit sekunder. [32] Pertanyaannya adalah apakah fitokimia bioaktif tanaman diproduksi oleh tanaman itu sendiri atau sebagai konsekuensi dari mutualistik hubungan dengan organisme menguntungkan dalam jaringan mereka. Fakta bahwa kombinasi faktor merangsang dari kedua tanaman dan jamur endofit peningkatan akumulasi metabolit sekunder pada tanaman dan jamur, masing-masing, [33,34] menunjukkan bahwa endofit jamur mungkin memainkan peran penting dalam biosintesis metabolit sekunder. Oleh karena itu, asosiasi simbiosis dan efek dari tanaman dan endofitik pada satu sama lain selama produksi farmakologi produk penting lainnya bioaktif alami seperti camptothecin, vinblastin, dan kebutuhan podophyllotoxin untuk dieksplorasi. Ini bisa memberikan kerangka untuk produksi produk alami masa depan melalui rekayasa genetika dan metabolisme. [35]Pergi ke:Bioreaktor Scaling up Produksi Metabolit SekunderIni adalah penerapan sistem bioreaktor untuk budidaya skala besar sel tanaman untuk produksi senyawa bioaktif yang berharga dalam bidang aktif. Sel tanaman dalam suspensi cair menawarkan kombinasi unik dari lingkungan fisik dan kimia yang harus diakomodasi dalam proses bioreaktor skala besar.Pergi ke:Imobilisasi Scaling up dari Sekunder Metabolit Akumulasi Kemajuan dalam pendekatan skala-up dan teknik imobilisasi berkontribusi banyak peningkatan dalam jumlah aplikasi dari kultur sel tanaman untuk produksi senyawa dengan nilai tambah yang tinggi. Senyawa tanaman yang diturunkan dengan kemoterapi kanker atau sifat antioksidan menggunakan asam rosmarinic dan taxol sebagai contoh representatif. Sel budaya Plumbago rosea yang bergerak kalsium alginat dan berbudaya di Murashige dan Skoog yang medium basal yang mengandung 10 mM CaCl2 untuk produksi plumbagin, senyawa obat penting. [36] Studi dilakukan untuk mengetahui dampak imobilisasi pada peningkatan akumulasi metabolit sekunder ini. Imobilisasi kalsium alginat meningkatkan produksi plumbagin oleh tiga, dua, dan satu-lipatan dibandingkan dengan kontrol, alginat un-silang dan CaCl2 -treated sel, masing-masing.Pergi ke:Budaya jaringan Memproduksi Produk Farmasi TujuanPenelitian di bidang teknologi kultur jaringan tanaman telah menghasilkan produksi banyak zat farmasi untuk terapi baru. Kemajuan dalam bidang kultur sel untuk produksi senyawa obat telah memungkinkan produksi berbagai obat-obatan seperti alkaloid, terpenoid, steroid, saponin, fenolat, flavonoid, dan asam amino. Upaya sukses untuk menghasilkan beberapa dari obat-obatan yang berharga dalam jumlah yang relatif besar oleh kultur sel diilustrasikan. [37.9]TaxolTaxol (paclitaxel), sebuah diterpen alkaloid kompleks yang ditemukan dalam kulit pohon Taxus, adalah salah satu agen antikanker yang paling menjanjikan dikenal karena modus yang unik dari aksi pada sistem sel mikrotubular Gambar 1. [38] Saat ini, produksi taxol oleh berbagai sel spesies Taxus dalam budaya telah menjadi salah satu daerah yang paling luas dieksplorasi dari kultur sel tanaman dalam beberapa tahun terakhir karena nilai yang sangat besar komersial taxol, kelangkaan pohon Taxus, dan proses sintetis mahal. [39,40 ] Dalam rangka meningkatkan produksi taxoid dalam budaya ini, penambahan asam amino yang berbeda untuk media kultur dipelajari, dan fenilalanin ditemukan untuk

membantu dalam produksi taxol maksimal dalam budaya cuspidata Taxus. [41] Pengaruh Elisitor biotik dan abiotik juga dipelajari untuk meningkatkan produksi dan akumulasi taxol melalui kultur jaringan. [42-44]Gambar 1Gambar 1Struktur kimia taxolMorfin dan kodeinLateks dari opium poppy, Papaver somniferum, adalah sumber komersial dari analgesik, morfin, dan kodein. Kalus dan suspensi kultur P. somniferum sedang diselidiki sebagai alternatif berarti untuk produksi senyawa ini [Gambar 2]. Produksi morfin dan kodein dalam budaya morfologis dibedakan telah dilaporkan. [45,46] Tanpa hormon eksogen, konsentrasi kodein dan morfin maksimal yang 3,0 mg / g berat kering dan 2,5 mg / g berat kering, masing-masing, sampai tiga kali lebih tinggi dari dalam budaya disertakan dengan hormon. Biotransformasi codeinone untuk codeine dengan sel amobil P. somniferum telah dilaporkan oleh Furuya et al. (1972). [47] Hasil konversi adalah 70,4%, dan sekitar 88% dari kodein yang dikonversi itu dikeluarkan ke dalam media.Gambar 2Gambar 2Struktur kimia dari morfin dan kodeinL-DOPAL-3, 4-dihydroxyphenylalanine, adalah perantara penting dari metabolisme sekunder pada tanaman yang lebih tinggi dan dikenal sebagai prekursor alkaloid, betalain, dan melanin, terisolasi dari Vinca faba, [48] Mucuna, Baptisia, dan Lupinus [49]. Ini juga merupakan prekursor katekolamin pada hewan dan sedang digunakan sebagai obat ampuh untuk penyakit Parkinson, gangguan menonaktifkan progresif dikaitkan dengan kekurangan dopamin di otak [Gambar 3]. Aplikasi luas dari terapi ini menciptakan permintaan untuk jumlah besar L-DOPA pada tingkat harga ekonomis dan ini menyebabkan pengenalan kultur sel sebagai alternatif berarti untuk produksi diperkaya. Otak [49] menemukan bahwa jaringan kalus dari Mucuna pruriense akumulasi 25 mg / l DOPA dalam medium yang mengandung konsentrasi yang relatif tinggi 2, 4-D. Teramoto dan Komamine (1988) jaringan kalus diinduksi dari Mucuna hassjoo, M. Pruriense, dan Mucuna deeringiana dan dioptimalkan kondisi budaya. Konsentrasi tertinggi DOPA diperoleh ketika sel-sel M. hassjoo yang dibudidayakan di media MS dengan 0,025 mg / l 2,4-D dan 10 mg / l kinetin.Gambar 3Gambar 3Struktur kimia 3- (3 ', 4'-dihydroxyphenyl) -L-alanin (L-DOPA)DiosgeninDiosgenin adalah prekursor untuk sintesis kimia obat steroid dan sangat penting untuk industri farmasi. [50] Pada tahun 1983, Tal [51] melaporkan penggunaan kultur sel Dioscorea deltoidea untuk produksi diosgenin [Gambar et al. 4]. Mereka menemukan bahwa karbon dan nitrogen tingkat sangat dipengaruhi akumulasi diosgenin dalam satu baris sel. Ishida (1988) didirikan Dioscorea bergerak kultur sel, di mana reticulated busa poliuretan ditunjukkan untuk merangsang produksi diosgenin, meningkatkan konsentrasi seluler sebesar 40% dan hasil total sebesar 25%. Tal et al. [50] telah mampu mendapatkan diosgenin tingkat setinggi 8% di D. suspensi sel deltoidea batch-tumbuh.

Gambar 4Gambar 4Struktur kimia diosgeninCapsaicinCapsaicin, alkaloid, digunakan terutama sebagai makanan aditif dalam makanan pedas dirumuskan. [52] Hal ini diperoleh dari buah paprika hijau (Capsicum spp.). Capsaicin juga digunakan dalam sediaan farmasi sebagai stimulan pencernaan dan untuk gangguan rematik. [53] budaya Penangguhan Capsicum frutescens menghasilkan tingkat rendah capsaicin, tetapi melumpuhkan sel-sel di busa poliuretan reticulated dapat meningkatkan produksi sekitar 100 kali lipat. Perbaikan lebih lanjut dalam produktivitas dapat dibawa dengan menyediakan prekursor seperti asam isocapric. Lindsey [54] melaporkan bahwa perawatan, yang menekan pertumbuhan sel dan metabolisme primer, tampaknya meningkatkan sintesis capsaicin. Sebuah proses bioteknologi telah dikembangkan untuk produksi capsaicin dari C. frutescens sel. Holden et al. [55] telah melaporkan elisitasi dari capsaicin dalam kultur sel C. frutescens oleh spora dari Gliccladium deliquescens. Efek stres gizi pada produksi capsaicin dalam kultur sel amobil Capsicum annum dipelajari secara menyeluruh oleh Ravishankar dan Ramachandra Rao. [56] Biotransformasi dari eksternal makan aldehida protocatechuic dan asam caffeic untuk capsaicin dalam sel bebas ditangguhkan dan sel amobil budaya Capsicum frutescens memiliki juga telah dilaporkan. [57]CamptothecinCampothecin, sebuah antitumor alkaloid ampuh, diisolasi dari Camptotheca acuminata. [58] Sakato dan Misawa [59] diinduksi C. acuminata kalus pada media MS yang mengandung 0,2 mg / l 2,4-D dan l mg / l kinetin dan dikembangkan budaya cair dengan adanya giberelin, l-tryptophan, dan menengah terkondisi, yang menghasilkan camptothecin sekitar 0,0025% berdasarkan berat kering. Ketika budaya ditumbuhkan pada media MS yang mengandung 4 mg / l NAA, akumulasi camptothecin mencapai 0,998 mg / l. [60]BerberinBerberin adalah alkaloid isoquinoline ditemukan di akar Coptis japonica dan korteks dari Phellondendron amurense. Alkaloid antibakteri ini telah diidentifikasi dari sejumlah kultur sel, terutama orang-orang dari C. japonica, [61,62,63] Thalictrum spp., [64,65] dan Berberis [62] The produktivitas berberin meningkat pada spp. kultur sel dengan mengoptimalkan nutrisi dalam media pertumbuhan dan tingkat phytohormones. [63,66,67] Dengan memilih jalur sel unggul, kelompok Mitsui diproduksi berberin pada skala besar dengan produktivitas 1,4 g / l lebih dari 2 minggu . Metode lain untuk menghasilkan peningkatan meliputi elisitasi budaya dengan elisitor ragi polisakarida, yang telah berhasil dengan budaya rugosum Thalictrum relatif rendah yang memproduksi. [68] Pengaruh spermidine pada produksi berberin di Thalictrum dikurangi sel budaya telah dilaporkan oleh Hara et al. [69]Pergi ke:Metabolisme Teknik dan Produksi Metabolit SekunderRekayasa metabolik melibatkan ditargetkan dan tujuan perubahan jalur metabolik yang ditemukan dalam organisme untuk mencapai pemahaman yang lebih baik dan penggunaan jalur seluler untuk transformasi kimia, transduksi energi, dan perakitan supramolekul. [70] Teknik ini diterapkan untuk tanaman akan mengizinkan jalur biokimia endogen menjadi dimanipulasi dan hasil dalam generasi tanaman transgenik di mana jangkauan, ruang lingkup, atau sifat produk alami tanaman yang ada

dimodifikasi untuk memberikan karakteristik pengolahan komersial, agronomi, dan / atau pascapanen menguntungkan. [71] Seperti dalam banyak kasus produksi terlalu rendah untuk komersialisasi, rekayasa metabolik dapat memberikan berbagai strategi untuk: Meningkatkan produktivitas, seperti meningkatkan jumlah sel yang memproduksi. Peningkatan fluks karbon melalui jalur biosintesis oleh overekspresi gen. Mengkodifikasi untuk enzim tingkat-membatasi atau memblokir mekanisme inhibisi umpan balik dan jalur kompetitif. Menurunkan katabolisme.

Pergi ke:

Gambar 5Gambar 5

Gambar 6Gambar 6

Pergi ke: