İki aşamalı kültürler İki aşamalı kültürler
Büyüme ve sekonder metabolit üretimi arasındaki zıt ilişki, Büyüme ve sekonder metabolit üretimi arasındaki zıt ilişki, bu kültür sistemini gündeme getirmiştir. Bu yöntemde
bu kültür sistemini gündeme getirmiştir. Bu yöntemde hücreler öncelikle büyüme için uygun ortamda kültüre hücreler öncelikle büyüme için uygun ortamda kültüre
alınmakta ve daha sonra sekonder metabolit üretimi için alınmakta ve daha sonra sekonder metabolit üretimi için
uygun olan ortama aktarılmaktadır uygun olan ortama aktarılmaktadır
Biyodönüşüm (Biyotransformasyon) Biyodönüşüm (Biyotransformasyon)
Bitki biyoteknolojisinin en ilgi çekici konularından birisi de Bitki biyoteknolojisinin en ilgi çekici konularından birisi de biyodönüşümdür. Biyodönüşüm aynı zamanda bitki doku ve biyodönüşümdür. Biyodönüşüm aynı zamanda bitki doku ve
hücre kültürleri ile sekonder metabolitlerin üretiminin önemli bir hücre kültürleri ile sekonder metabolitlerin üretiminin önemli bir öğesidir. Metabolit üretimi konusunda diğer yöntemlerde olduğu öğesidir. Metabolit üretimi konusunda diğer yöntemlerde olduğu gibi, biyodönüşümün temeli de ilk kez mikroorganizmalarda
gibi, biyodönüşümün temeli de ilk kez mikroorganizmalarda yapılan araştırma ve uygulamalara dayanmaktadır.
yapılan araştırma ve uygulamalara dayanmaktadır.
Mikroorganizmaların rol oynadığı fermantasyon olayları da Mikroorganizmaların rol oynadığı fermantasyon olayları da aslında temel olarak biyodönüşüm olayından başka bir şey aslında temel olarak biyodönüşüm olayından başka bir şey değildir. Örneğin, üzüm suyundan şarap veya sirke üretimi değildir. Örneğin, üzüm suyundan şarap veya sirke üretimi
biyodönüşüm ile gerçekleştirilen ve insanlık tarihi kadar eski bir biyodönüşüm ile gerçekleştirilen ve insanlık tarihi kadar eski bir yöntemdir
yöntemdir
Bitki hücre kültürleriyle başarılı ve etkin bir biyodönüşüm için yerine getirilmesi gereken bazı ön koşullar vardır. Bunların başlıcaları;
Dönüşümü sağlanacak substrat ve sonuçta oluşan ürün bitki hücre kültürleri için toksik olmamalıdır.
Substratın hücre içine girebilmesi ve oluşan ürün tercihen kültür ortamına salınabilmelidir.
Kültürdeki hücrelerde substratın ürüne dönüşümü için gerekn enzimler bulunmalıdır.
Ürünün oluşumu, yıkımından (metabolize olmasından) daha hızlı olmalıdır
Metabolit Kültürü yapılan bitki Kullanım Alanı Maliyet($/kg) Aymalisin Catharanthus roseus İlaç sanayi 1500
Kodein Papaver somiferum İlaç sanayi 650 Digoksin Digitalis lanata İlaç sanayi 3000 Yasemin Jasminum türleri Parfümeri 5000 Kinin Cinchona ledgeriana İlaç ve gıda sanayi 100
Gül yağı Rosa spp. Kozmetik 300
Şikonin Lithospermum erythrorhizon
İlaç ve boya sanayileri
4500
Tablo 22. Endüstride kullanılma potansiyeli olan bazı
bitki hücre kültürü ürünleri (Scragg, 1991).
Özetle bitki hücre kültürleri ile biyodönüşüm, tıpkı
mikroorganizmalarda fermentasyon tekniğinde olduğu gibi endüstriyel açıdan yararlı bir sistem olabilir.
Biyodönüşüm sadece bilinen metabolitlerin hızlı ve etkin bir şekilde sentezlenmesi için değil aynı zamanda daha önce
bitkilerde varlığı bilinmeyen yeni kimyasalların ortaya çıkmasında da katkıda bulunabilir.
Yine yukarıda belirtildiği gibi bitki hücre kültürleri ile
biyodönüşüm, bazı çevre kirliliğine yol açan bazı kimyasalların (senobiyotiklerin) parçalanma mekanizmalarının
araştırılmasında kullanışlı deneysel sistemler olabilir
.
Biyoreaktörler (fermentörler) Biyoreaktörler (fermentörler)
Hücre süspansiyon kültürleri ile sekonder metabolitlerin
üretimi konusunda şimdiye kadar verilen pek çok örnek en çok 1 litre kapasiteli, kapalı bir sistemden ibaret kültürlere aitti.
Halbuki biyoreaktör veya fermentör adı verilen sistemler ile kapasiteyi birkaç litreden binlerce litreye kadar çıkarmak
mümkün olmaktadır. Böylelikle endüstriyel anlamda bitki
hücre kültürlerinden yararlanma olanağı gündeme gelmektedir.
Bitki hücrelerinin biyoreaktörlerde kültürü yapılmasının iki önemli avantajı vardır.
1. Kültürlerin daha yakın denetimi. Kapalı bir sistemde
kültürü yapılan hücrelerin bulunduğu ortamdaki değişiklikleri denetim altına almak bir hayli zordur. Oysa biyoreaktörlerde gazlar (oksijen ve karbondioksit) pH ve sıcaklık gibi
değişken faktörlerin yakın denetimi mümkün olmaktadır
.
Bu yakın denetim olanağı, biyoreaktörlerin iyi karışan bir sistem olmasını sağlamaktadır. Böylece ürün analizi için gerekli miktarda (örneğin 100ml) ve ortamdaki gerçek
durumu temsil edebilen örnekler biyoreaktörden daha kolay alınabilmektedir.
2. Bitki hücre kültürlerinin endüstriyel amaçlı kullanılması için 2. Bitki hücre kültürlerinin endüstriyel amaçlı kullanılması için (özellikle ekonomik açıdan önemli metabolitlerin üretiminde) (özellikle ekonomik açıdan önemli metabolitlerin üretiminde)
büyük ölçekli kültürler gerekmektedir.
büyük ölçekli kültürler gerekmektedir.
Bu kültürler için gerekli ön bilgiler biyoreaktörler ile Bu kültürler için gerekli ön bilgiler biyoreaktörler ile sağlanmaktadır.
sağlanmaktadır.
Gerek büyüme ve gerekse ürün oluşumu bakımından en yüksek Gerek büyüme ve gerekse ürün oluşumu bakımından en yüksek verimin alındığı hücre süspansiyon kültürlerinden büyük ölçekli verimin alındığı hücre süspansiyon kültürlerinden büyük ölçekli kültürlerin başlatılması durumunda, kültüre ait pek çok özelliğin kültürlerin başlatılması durumunda, kültüre ait pek çok özelliğin
değiştiği görülmektedir.
değiştiği görülmektedir.
Örneğin, Örneğin, kültürün kuru ağırlık miktarı kültür hacminin kültürün kuru ağırlık miktarı kültür hacminin
kübüyle orantılı olarak değişirken, ürün verimindeki değişim kübüyle orantılı olarak değişirken, ürün verimindeki değişim
kültür hacminin karesiyle orantılı olmaktadır kültür hacminin karesiyle orantılı olmaktadır. .
Dolayısı ile Dolayısı ile büyük ölçekli kültürler başlatılmadan önce, gerek büyük ölçekli kültürler başlatılmadan önce, gerek büyüme ve gerekse ürün oluşumu için önemli olan parametreler büyüme ve gerekse ürün oluşumu için önemli olan parametreler
uygun biyoreaktörlerde gözden geçirilmelidir.
uygun biyoreaktörlerde gözden geçirilmelidir.
Bitki hücrelerinin biyoreaktörlerde yüksek hacimde kültür, özellikle ekonomik değeri yüksek, ancak bitkiden izole edilen miktarı düşük kimyasallar için tasarlanmıştır. Örneğin, C. roseus bitkisinden elde edilen ve yapıştırıcı olarak kullanılan kodein
ekonomik değeri yüksek maddedir. Ancak bu maddelerin yukarıda adı geçen bitkilerden elde ediliş miktarları çok düşüktür.
Bioreaktörlerin geçen zaman içerinde ihtiyacı karşılayacak şekillde ve kontrollu şartları taşıyabilen örnekleri günümüzde oldukça gelişim göstermiştir. Aşağıda bu özelliklerden bazıları yer almaktadır.
Mikroptan arındırılmış (steril) bir ortam olmalı,
PH, oksijen, karbondioksit ve sıcaklık gibi çevresel etmenlerin denetimi için giriş noktası,
Taze besi ortamı, köpük giderici maddeler, pH’ nın
düzenlenmesi için gereken asit veya baz ilavesi için giriş noktası,
Hava girişi (sterilite için filtre sistemli)
Karıştırma (karıştırıcılı tank sisteminde pervane, hava kaldıraçlı sistemlerde ise doğrudan havanın kendisi).
Sıcaklık denetimi için soğutma-ısıtma devresi (içinden soğutma suyu ve buhar geçen borular).
