Уникальная научная установка

ОПЫТНЫЙ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ИФР РАН (ОБК ИФР РАН)

УНУ ОБК ИФР РАН включен в каталог центров коллективного пользования научным оборудованием (ЦКП) и уникальных стендов и установок (УНУ) Российской Федерации.

Характеристика УНУ:

ОБК ИФР РАН обеспечивает проведение комплексных научных исследований в области биотехнологии высших растений.

Комплекс включает в себя:

• подготовительный участок (представляющий собой помещения для мойки посуды и изготовления питательных сред, автоклавную, климатическую камеру, помещения посева);
• производственный участок (реакторный зал);
• участок получения готового продукта с заданными характеристиками (участок химического анализа, фильтрации, сушки и упаковки клеточной биомассы).

Сокращенное наименование УНУ: ОБК ИФР РАН

Год создания УНУ: 2014 г. («Приказ о создании УНУ»)

Размер занимаемых УНУ площадей, м2: 150

Организационный статус подразделения ИФР РАН, осуществляющего непосредственную эксплуатацию УНУ:
ОТДЕЛ БИОЛОГИИ КЛЕТКИ И БИОТЕХНОЛОГИИ ИФР РАН,
Лаборатория физиологии культивируемых клеток

Руководство работами:

Носов Александр Михайлович – д.б.н., профессор
Тел.: (499) 977-92-22, E-mail: al_nosov@mail.ru

Титова Мария Владимировна – старший научный сотрудник, к.б.н.
Тел.: (499) 977-94-45, E-mail: titomirez@mail.ru

Описание УНУ, назначение, главные преимущества:

ОБК ИФР РАН включает в себя три участка: подготовительный, производственный и участок получения готовой продукции, оснащенные как отечественным, так и импортным оборудованием. На подготовительном участке проводят работы по очистке воздуха; подготовке и стерилизации посуды и оборудования; приготовлению и стерилизации сред для культивирования; поддержанию в коллекциях культур-продуцентов; подготовке отобранных штаммов к аппаратному выращиванию. Участок укомплектован набором дистилляторов и паровых автоклавов, моющим оборудованием, стерилизационными и сушильными установками, климатическими камерами с контролируемыми условиями среды и стационарными круговыми качалками для длительного культивирования штаммов-продуцентов в колбах с системой регулирования количества оборотов (для колб 0,25 – 2,00 л), ламинарными шкафами-боксами, а также аналитическим оборудованием. Производственный участок оснащен ферментационными установками объемом от 2 до 2500 л, в которых осуществляют собственно аппаратное культивирование культур-продуцентов в лабораторных, пилотных и полупромышленных установках при одновременном мониторинге процессов роста и биосинтеза. На участке получения готовой продукции растительные клетки отделяют от культуральной жидкости, сушат, проводят анализ сухой клеточной биомассы, фасуют и укладывают на хранение. Сектор оснащен комплектом фильтрационного и сушильного оборудования, позволяющим работать с различными объемами клеточной суспензии, а также соответствующим аналитическим оборудованием для проведения химического анализа получаемой продукции (ВЭЖХ, спектрофотометры).

ОБК ИФР РАН по совокупности параметров является уникальной установкой для разработки биотехнологий промышленного получения биопрепаратов с заданными свойствами для нужд пищевой, фармацевтической, косметической промышленности на основе культур клеток высших растений независимо от условий внешней среды. Характеристики имеющегося технологического оборудования позволяют при масштабировании лабораторных разработок создавать экологически безопасную и экономически выгодную производственную схему.

Обобщённая схема производства биомассы растительных клеток при глубинном способе культивирования c использованием ОБК ИФР РАН

При организации схемы производства биомассы растительных клеток глубинным способом культивирования условно можно выделить несколько этапов:

• подготовительный этап (очистка воздуха; подготовка и стерилизация посуды и оборудования; приготовление и стерилизация сред для культивирования, поддержание в коллекциях культур-продуцентов и мониторинг их процессов роста и биосинтеза; подготовка отобранной культуры-продуцента к инокуляции биореакторов; подбор и отработка оптимальных условий аппаратного культивирования в лабораторных биореакторах);
• этап получения производственной культуры (собственно аппаратное культивирование; мониторинг процессов роста и биосинтеза культуры-продуцента);
• этап получения клеточной биомассы с заданными характеристиками (отделение клеток от культуральной жидкости; сушка клеточной биомассы; контроль получаемой сухой клеточной биомассы; фасовка и хранение).

Перечень основного технологического оборудования:

1. Лабораторные весы.
2. Системы для высокоэффективной жидкостной хроматографии.
3. Система для капиллярного электрофореза.
4. Стационарные подвесные круговые качалки с регулируемым числом оборотов.
5. Стерилизаторы воздушные с системой принудительного охлаждения стерилизационной камеры.
6. Промышленные ферментаторы с барботажем и механическим перемешиванием (общий объем 2500 л, н/сталь, ОКБА, Йошкар-Ола).
7. Промышленные ферментаторы с кольцевым барботером и механическим перемешиванием (общий объем 630 л, тип 1Т, н/сталь, ОКБА, Йошкар-Ола).
8. Пилотный ферментатор с кольцевым/точечным барботером и механическим перемешиванием (общий объем 75 л, н/сталь, Electrolux).
9. Лабораторный V-образный стеклянный ферментатор с точечным барботером (общий объем 20 л, собственная разработка ИФР РАН).
10. Автоклавы.
11. Водокольцевые насосы различной мощности.
12. Комплект фильтрационного оборудования.
13. Компрессора.

Культуры-продуценты:

В работах, проводимых на базе ОБК ИФР РАН, активно используются культуры-продуценты, представленные в каталоге Всероссийской коллекции культур клеток высших растений ИФР РАН (ВРККК ВР).

Используемые методики:

1. Методы оценки роста культур клеток высших растений (определение ростовых параметров, жизнеспособности, длительности фаз ростового цикла, построение ростовых кривых).
2. Методы качественной и количественной оценки содержания вторичных метаболитов в культурах клеток высших растений (ВЭЖХ, спектрофотометрия).
3. Методы получения каллусных и суспензионных культур клеток высших растений.
4. Методы оценки дыхательного метаболизма суспензионных культур клеток высших растений.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ:

1. Получение каллусных и суспензионных культур клеток, прежде всего редких и исчезающих видов растений, содержащих целевые БАВ.
2. Исследование общих закономерностей развития и существования культур клеток высших растений как уникальной экспериментально созданной биологической системы – популяции соматических клеток in vitro.
3. Изучение особенностей роста и биосинтеза БАВ растительных клеток in vitro при выращивании в различных условиях.
4. Разработка стратегии регулирования синтеза БАВ в культуре клеток высших растений;
5. Создание систем культивирования растительных клеток in vitro, в том числе в разных режимах и в биореакторах различной конструкции и объема.
6. Создание и отработка биотехнологий получения ценных БАВ на основе культур клеток высших растений.
7. Масштабирование лабораторных разработок, разработка опытно-промышленных регламентов и создание экономически перспективных и экологически безопасных моделей производства БАВ на основе культур клеток высших растений.

Наиболее значимые научные результаты исследований:

Проведено изучение ростовых характеристик и вторичного метаболизма для различных культур клеток, в том числе Panax ginseng, Panax japonicus, Rhaponticum carthamoides, Ajuga reptans , Serratula coronata, Stevia rebaudiana, Stephania glabra, Polyscias filicifolia. Оптимизированы условия их роста по составу сред и условиям культивирования. Разработаны системы выращивания суспензионных культур клеток в различных режимах культивирования (периодическом, полупроточном, проточном (хемостат, закрытый проток) в биореакторах различной конструкции и объема. Получены высокопролуктивные штаммы культур клеток диоскореи дельтовидной Dioscorea deltoidea, женьшеня настоящего Panax ginseng и женьшеня ползучего Panax japonicusvar. repens, с высоким и стабильным содержанием целевых БАВ, определены условия их стабильного синтеза. Получены каллусные и суспензионные культуры клеток разных видов тисса – Taxus canadensis, Taxus baccata, Taxus cuspidata, Taxus Media – продуцентов противоопухолевых дитерпеноидов (таксоидов). С помощью ВЭЖХ, капиллярного электрофореза и ВЭЖХ-масс-спектрометрии показано, что полученная культура клеток Taxus baccata сохранила способность к синтезу таксоидов (паклитаксел, баккатин III). Проведенные фундаментальные исследования послужили основой разработки эффективных биотехнологий на основе культур клеток in vitro:

Разработаны принципы масштабирования выращивания культур клеток высших растений. Осуществлено масштабирование выращивания культур клеток Polyscias filicifolia, Dioscorea deltoidea и Panax japonicus var. Repens до биореакторов полупромышленного объема (630 литров).

Совместно с медицинскими учреждениями и ЗАО «Биофармтокс» на основе биомассы культур клеток создан ряд биотехнологических продуктов – нутрицевтики «Витагмал», «Трифитол», серия мазей «Витагмалон». Налажено производство этих препаратов и они выпущены на российский рынок. На стадии доклинических испытаний находится ряд других препаратов для медицины и ветеринарии (фуростаноловых гликозидов из культуры клеток диоскореи, стефаглабрина – из стевии).

Перечень актуальных услуг, оказываемых УНУ ОБК ИФР РАН заинтересованным пользователям:

1. Сопровождение научно-исследовательских работ стажеров, аспирантов и студентов.
2. Получение промышленных штаммов суспензионных культур клеток-продуцентов ценных целевых БАВ.
3. Идентификация и анализ целевых БАВ в растительных образцах in vivo и in vitro.
4. Разработка систем выращивания культур растительных клеток – продуцентов целевых БАВ (в том числе – подбор оптимальных ферментационных аппаратов и режимов культивирования).
5. Масштабирование лабораторных разработок до промышленного уровня, разработка опытно-промышленных регламентов.
6. Наработка опытных партий клеточной биомассы штаммов-продуцентов целевых БАВ.

Регламент доступа к имеющемуся оборудованию: («Положение об УНУ»)

Для проведения работ с использованием оборудования и объектов УНУ необходимо ознакомиться с правилами отбора заявок, заполнить заявку на услуги и отправить ее по электронной почте руководителям УНУ

• Форма Заявки на УНУ
• Правила отбора заявок третьих лиц
• Проект Договора (НИР)

Наши публикации за последние 5 лет:

- Патент: Штамм суспензионной культуры клеток растения диоскореи дельтовидной (Dioscorea deltoidea Wall) под обозначением ИФР-ДМ-05-pro N89 - продуцент протодиосцина

Авторы: Титова М.В., Кочкин Д.В., Шумило Н.А., Носов А.М.

#2647760, 19 марта 2018 г

- Boris Sarvin, Elizaveta Fedorova, Oleg Shpigun, Maria Titova, Mikhail Nikitin, Dmitry Kochkin, Igor Rodin, Andrey Stavrianidi. LC-MS determination of steroidal glycosides from Dioscorea deltoidea Wall cell suspension culture: Optimization of pre-LC-MS procedure parameters by latin square design в журнале Journal of Chromatography B: Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences, издательство Elsevier BV (Netherlands), 2018, том 1080, с. 64-70

DOI: 10.1016/j.jchromb.2018.02.012  Q1; IF 2.441; Scopus

- Соболькова Г.И., Кочкин Д.В., Титова М.В., Григорьев Р.О., Клюшин А.Г., Носов А.М. ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ КАЛЛУСНЫХ КУЛЬТУР КЛЕТОК ЖЕНЬШЕНЯ ВЬЕТНАМСКОГО PANAХ VIETNAMENSIS HA ET GRUSHV в журнале Вестник Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова, 2018, том 65, № 3, с. 39-49

РИНЦ

- Meychik N., Nikolaeva Yu, Kushunina M., Titova M., Nosov A. Ion-exchange properties of the cell walls isolated from suspension-cultured plant cells  в журнале Plant Cell, Tissue and Organ Culture, издательство Kluwer Academic Publishers (Netherlands), 2017, том 129, № 3, с. 493-500

DOI: 10.1007/s11240-017-1194-7  Q2; IF 2.002; Scopus

- Кочкин Д.В., Галишев Б.А., Глаголева Е.С., Титова М.В., Носов А.М. Обнаружение в суспензионной культуре клеток PANAX JAPONICUS VAR. REPENS редкого тритерпенового гликозида женьшеня - гинзенозида малонил-RG1 в журнале Физиология растений, издательство Наука (М.), 2017, том 64, № 5, с. 337-345

(Перевод: Kochkin D.V., Galishev B.A., Glagoleva E.S., Titova M.V., Nosov A.M. Rare Triterpene Glycoside of Ginseng (Ginsenoside Malonyl-RG1) Detected in Plant Cell Suspension Culture of Panax japonicus var. repens в журнале Russian Journal of Plant Physiology, издательство Maik Nauka/Interperiodica Publishing (Russian Federation), 2017, том64, № 5, с.649-656)

DOI: 10.1134/S102144371705003X  Q3; IF 0.739; WoS, Scopus, РИНЦ

- Kochkin D.V., Khandy M.T., Zaitsev G.P., Tolkacheva N.V., Shashkov A.S., Titova M.V., Chirva V.Ya, Nosov A.M.  Protodioscin in Dioscorea deltoidea Suspension Cell Culture в журнале Chemistry of Natural Compounds, издательство Kluwer Academic/Plenum Publishers (United States), 2016, том 52, № 4, с. 664-668

DOI: 10.1007/s10600-016-1734-0  Q4; IF 0.460; WoS, Scopus

- Титова М.В., Ханды М.Т., Константинова С.В., Куличенко И.Е., Суханова Е.С., Кочкин Д.В., Носов А.М.  ВЛИЯНИЕ ИНГИБИТОРОВ ДВУХ ПУТЕЙ БИОСИНТЕЗА ИЗОПРЕНОИДОВ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОСИНТЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУСПЕНЗИОННОЙ КУЛЬТУРЫ КЛЕТОК Dioscorea deltoidea Wall в журнале Физиология растений, издательство Наука (М.), 2016, том 63, № 6, с. 908-914

(Перевод: Titova M.V., Khandy M.T., Konstantinova S.V., Kulichenko I.E., Sukhanova E.S., Kochkin D.V., Nosov A.M. Effect of Inhibitors of Two Isoprenoid Biosynthetic Pathways on Physiological and Biosynthetic Characteristics of Dioscorea deltoidea Cell Suspension Culture в журнале Russian Journal of Plant Physiology, издательство Maik Nauka/Interperiodica Publishing (Russian Federation), 2016, том 63, № 6, с.896-902)

DOI: 10.1134/S1021443716060121 Q3; IF 0.739; WoS, Scopus, РИНЦ

- Ханды М.Т., Титова М.В., Константинова С.В., Кочкин Д.В., Иванов И.М., Носов А.М.

 ОБРАЗОВАНИЕ ИЗОМЕРОВ ПРОТОДИОСЦИНА И ДЕЛЬТОЗИДА В СУСПЕНЗИОННЫХ КУЛЬТУРАХ КЛЕТОК ДИОСКОРЕИ ДЕЛЬТОВИДНОЙ Dioscorea deltoidea Wall в журнале Прикладная биохимия и микробиология, издательство Наука (М.), 2016,  том 52, № 6, с. 614-620

(Перевод: Khandy M.T., Titova M.V., Konstantinova S.V., Kochkin D.V., Ivanov I.M., Nosov A.M. Formation of Protodioscin and Deltoside Isomers in Suspension Cultures of Nepal Yam (Dioscorea deltoidea Wall.) Cells Khandy M.T., Titova M.V., Konstantinova S.V., Kochkin D.V., Ivanov I.M., Nosov A.M. в журнале Applied Biochemistry and Microbiology, издательство Maik Nauka/Interperiodica Publishing (Russian Federation), 2016, том 52, № 6, с. 657-662)

Q3; IF 0.954; WoS, Scopus, РИНЦ

- Титова М.В., Шумило Н.А., Куличенко И.Е., Иванов И.М., Суханова Е.С., Носов А.М.  Особенности дыхания и образования стероидных гликозидов в суспензионной культуре клеток Dioscorea deltoidea при выращивании в колбах и биореакторах в журнале Физиология растений, издательство Наука (М.), 2015, том 62, № 4, с. 594-601

(Перевод: Titova M.V., Shumilo N.A., Kulichenko I.E., Ivanov I.M., Sukhanova E.S., Nosov A.M.

Features of Respiration and Formation of Steroidal Glycosides in Dioscorea deltoidea Cell Suspension Culture Grown in Flasks and Bioreactors  в журнале Russian Journal of Plant Physiology, издательство Maik Nauka/Interperiodica Publishing (Russian Federation), 2015, том 62, № 4, с. 557-563)

DOI: 10.1134/S1021443715040160 Q3; IF 0.739; WoS, Scopus, РИНЦ

- Титова М.В., Шумило Н.А., Решетняк О.В., Глаголева Е.С., Носов А.М.  Физиологические характеристики суспензионной культуры клеток Panax japonicus при масштабировании процесса выращивания.  В журнале Биотехнология, издательство ГосНИИгенетика (М.), 2015, № 3, с. 71-80

IF 0.606; WoS, РИНЦ

Наши друзья и партнеры:

- Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»

- Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А.Тимирязева» (РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева)

- Экспериментальная клиника - лаборатория биологически активных веществ животного происхождения Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М.Горбатова РАН»

- Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный университет» (КемГУ)

- Государственное научное учреждение Центральный ботанический сад НАН Беларуси

- Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» (ИЦиГ СО РАН)

- Автономная некоммерческая организация «Аналитика и Высокие технологии» (АНО «АВТех»)

- Общество с ограниченной ответственностью «Биофармос» (компания «BioPharmos Group»)

- Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»

- Институт химии растительных веществ им.акад. С.Ю.Юнусова Академии наук республики Узбекистан

- Институт ботаники Азербайджанской Национальной Академии наук