CULTIVO DE CÉLULAS VEGETALES EN BIORREACTORES: UN SISTEMA POTENCIAL PARA LA PRODUCCIÓN DE METABOLITOS SECUNDARIOS

La biotecnología vegetal es un área innovadora y en pleno desarrollo, que ofrece un gran potencial productivo, especialmente si se tiene en cruenta la cantidad de sustancias que producen las células vegetales con aplicaciones medicinales, farmacéuticas, alimenticias y productos de química fina. Las técnicas de micro-propagación y mejoramiento de plantas han permitido desarrollar procesos de producción de compuestos utilizando células vegetales en diferentes tipos de biorreactores.

Los cultivos de células vegetales in vitro ofrecen la posibilidad de producir metabolitos secundarios o realizar biotransformaciones (transformación de un compuesto suministrado exógena-mente) en reactores, en un recinto cerrado o en una planta industrial, sin depender de extensas plantaciones, características de los suelos, condiciones climatológicas e incluso problemas sociales o de tenencia de la tierra. Lo anterior permite incrementar la productividad de metabolitos por unidad de biomasa en biorreactores, con respecto a los cultivos en plantaciones, reduciendo la presión sobre los suelos que están destinados a la alimentación humana y animal. De esta manera, la manipulación de las células vegetales en reactores es atractiva y se convierte en una excelente opción para la investigación y el desarrollo.

METABOLITOS SECUNDARIOS

Actualmente se registran más de 20000 metabolitos secundarios producidos por las plantas y a éste número se suma más de 1600 nuevas sustancias descubiertas cada año (Salisbury y Ross, 1994). Se considera tres grandes grupos de metabolitos secundarios: los terpenos, los fenoles y los alcaloides y de éstos compuestos sólo un número reducido es producido por síntesis química.

TIPOS DE CULTIVO Y BIORREACTORES

Los biorreactores para el cultivo de células vegetales pueden clasificarse en tres grandes grupos dependiendo del tipo de cultivo: células en suspensión, células inmovilizadas y reactores de biopelícula (Kargi y Rosenberg, 1987).

Utilización comercial de reactores con células vegetales.

 El primer proceso comercial que utilizó células vegetales fue la producción del colorante y compuesto antibacterial shikonina, utilizando Lithospermum erythrorhizon en 1983.

PROBLEMAS ASOCIADOS AL CULTIVO DE CELULAS VEGETALES

En el cultivo de células vegetales deben considerarse múltiples factores: el medio de cultivo (fuente de C, N, P, K, micronutrientes, hormonas, etc), la irradiación (calidad del espectro, intensidad y período), el esfuerzo cortante (sensibilidad a esfuerzos hidromecánicos, tamaño de las células), el suministro de oxígeno (el efecto en el crecimiento y metabolismo), la composición del gas (e.g. bióxido de carbono y etileno), reología (interacción de viscosidad, mezclado y transferencia de masa con el crecimiento celular y producción de metabolitos en un biorreactos, formación de agregados celulares), el tipo de biorreactor (tanque agitado mecánicamente, columna de burbujeo, airlift, lecho empacado, tambor rotatorio, entre otros), la temperatura, la rapidez de crecimiento e inclusive la variación somaclonal de los callos o cultivos de células (Jain, 2001; Lee, 1996).

Factores que afectan la producción de matabolitos secundarios

Son múltiples los factores que afectan un cultivo de células vegetales y la producción de metabolitos secundarios, ELICITACION Y NITROGENO.

COMPOSICION DEL MEDIO DE CULTIVO

Un medio de cultivo para células vegetales está constituido principalmente por sacarosa, sales inorgánicas -macro y micronutrientes-, vitaminas, fitohormonas.

A una concentración de ion nitrato de 7 mM se presenta un máximo en la producción de shikonina y en la producción de biomasa de Lithospermum erythrorhizon, en un estudio entre 0 y 40 mM. Además, la producción de digitoxina se ve favorecida por una relación de nitrógeno nítrico a amoniacal de 2:1 en un cultivo de D. Purpurea (Collin, 1987). En un cultivo batch de Catharanthus roseus, cuando se presenta una limitación del nitrógeno (tanto nítrico como amoniacal) se presenta una excreción significativa de ácidos orgánicos como el piruvato, lactato, succinato y formato, con la consecuente disminución del pH del medio de cultivo (Bhadra and Shanks, 1997).

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