197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А
14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022
197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А
14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022
197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 14А
14A, Prof. Popova str., Saint-Petersburg, 197022
Введение. В условиях пандемии использование биологически активных компонентов шлемника байкальского (Scutellaria baicalensis Georgi) приобретает особое значение. Ценность растения становится причиной чрезмерной эксплуатации подземных органов шлемника, что приводит к сокращению ареала распространения популяции и ненадлежащих условий сбора и заготовки. Для предотвращения угрозы исчезновения вида перспективной технологией становится культивирование клеток растения в условиях in vitro. Благодаря этому появляются перспективы исследования физиологии и биохимии растительных клеток, направленной регуляции синтеза ценных вторичных метаболитов и создания лекарственных средств без вмешательства в естественную среду обитания. Современные технологии открывают возможности автоматизации культивирования клеток с целью сведения к минимуму вмешательства человека на протекание процесса. Тем не менее, культивирование растительных клеток – вероятностный процесс, зависящий от ряда факторов. Использование инструментов риск-менеджмента позволит снизить число нежелательных последствий, приводящих к опасным и критическим состояниям клеточных культур.
Цель. Анализ рисков, возникающих при культивировании in vitro шлемника байкальского (Scutellaria baicalensis Georgi).
Материалы и методы. Объект исследования – суспензионные культуры Scutellaria baicalensis, полученные из рыхлых каллусов растения. Выращивание суспензий клеток шлемника проводили в плоскодонных конических колбах объемом 250 мл в условиях постоянного перемешивания на шейкере (скорость вращения 100 об/мин). Цикл субкультивирования составляет 21 сутки. Для микроскопии клеточной биомассы использовали прижизненный краситель 0,1 % нейтральный красный (НК) и 0,025 % раствор Эванса голубого (ЭГ). Оценку рисков процесса проводили с помощью диаграммы причинно-следственных связей (диаграммы Исикавы).
Результаты и обсуждение. Установлено, что для клеток в суспензионных культурах шлемника характерна вытянутая овальная форма. Первичные суспензии характеризовались наличием клеток преимущественно паренхимного типа (70 ± 2,0 %). Для первичных суспензий характерна крупная агрегированность. Диаметр агрегатов достигал порядка 8–15 мм. Отмечена зависимость ростовых свойств суспензии шлемника байкальского от плотности инокулята. При уменьшении количества пересаживаемой биомассы клетки проявляли склонность к деструкции. Полученные результаты обозначили необходимость анализа рисков лабораторной технологии суспензионного культивирования шлемника байкальского. Выделено пять наиболее значимых факторов при культивировании растительных клеток: качество каллуса, качество приготовленной жидкой питательной среды, исправность и пригодность оборудования, действия оператора и пригодность технологии получения клеточных культур и отбора проб для анализа показателей жизнеспособности биомассы.
Заключение. Предложен алгоритм анализа защищенности суспензионной культуры шлемника байкальского. На основании оценки рисков можно сделать вывод о вероятности нежелательных последствий и их влиянии на процесс. Инструментарий риск-менеджмента создает основу для модернизации существующей технологии и автоматического оснащения процесса.
Introduction. The use of biologically active compounds of Baikal skullcap (Scutellaria baicalensis Georgi) becomes especially important under pandemic conditions. The plant's value becomes the cause of overexploitation of the skullcap subterranean parts, which leads to the reduction of the population distribution range and inappropriate conditions of collection and harvesting. To prevent the extinction hazard of the species, in vitro cultivation of the plant's cells becomes a promising technology. This opens up the prospect of studying the physiology and biochemistry of plant cells, regulating the direction of valuable secondary metabolites synthesis and creating medicines without interfering with the natural habitat. Modern technologies provide opportunities to automate cell cultivation in order to minimize human involvement in the process. However, cultivation of plant cells is a probabilistic process that is influenced by a range of factors. The use of risk management tools will reduce the number of unintended consequences leading to dangerous and critical cell culture conditions.
Aim. Risk analysis resulting from in vitro cultivation of Baikal skullcap (Scutellaria baicalensis Georgi).
Materials and methods. The object of the study was suspension cultures of Scutellaria baicalensis obtained from loose plant callus. Suspensions of Scutellaria baicalensis cells were grown in 250 ml flat-bottomed conical flasks under conditions of constant mixing on a shaker (rotation speed 100 rpm). The subculture cycle was 21 days. For microscopy of cell biomass, we used 0.1 % neutral red (NK) and 0,025 % Evans blue (EG) solution. Process risks were assessed using a cause-and-effect diagram (Ishikawa diagram).
Results and discussion. It was found that the cells in the suspension cultures of skullcap were characterized by an elongated oval shape. Primary suspensions were distinguished by the presence of predominantly parenchymal cells (70 ± 2,0 %). A large aggregation was observed in the primary suspensions. The diameter of the aggregates reached about 8–15 mm. The growth properties of Baikal skullcap suspension depended on the density of the inoculum. As the amount of transplanted biomass decreased, cells showed a tendency to destruction. The results indicated the need for risk analysis of the laboratory technology of Baikal skullcap suspension cultivation. Five most important factors in plant cell cultivation were identified: callus quality, quality of prepared liquid nutrient medium, equipment serviceability and suitability, operator actions, and suitability of cell culture technology and biomass viability index sampling.
Conclusion. An algorithm for analyzing the security of a Baikal skullcap suspension culture is proposed. The risk assessment can be used to make a conclusion about the probability of undesirable effects and their impact on the process. Risk management tools provide the basis for modernization of the available technology and automatic outfitting of the process.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.