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Untersuchungen zur Gewinnung von Isoflavonoiden aus Zellkulturen von Soja (Glycine max)
Güven, Alper
Nachdem epidemiologische Studien aufzeigen konnten, daß verschiedene Lebensmittel antikanzerogene Wirkung entfalten können, hat man sich in der letzten Zeit immer mehr der Untersuchung der primären und sekundären Inhaltsstoffe von Pflanzen zugewandt. Insbesondere die Isoflavonoide mit ihren antioxidativen Eigenschaften stehen dabei im Mittelpunkt des Interesses. Pflanzenzellkulturen als Produzenten von Biomasse und Naturstoffen spielen eine wichtige Rolle in der zukünftigen biotechnologischen Produktion dieser Sekundärmetabolite. In Batchversuchen und anschließend im Airlift-Bioreaktor wurde die Bildung der Aglykone Genistein und Daidzein und der ß-glykosidischen Isoflavonoide Genistin und Daidzin durch Glycine max untersucht. Zwar war die Pflanzenzellkultur in der Lage die genannten Isoflavonoide in den Batchversuchen zu bilden, allerdings konnte in den durchgeführten Untersuchun-gen keine eindeutige Zuordnung des Wachstums der Zellkulturen mit der erfolgten Biosynthese der Isoflavonoide in den einzelnen Wachstumsphasen gezeigt werden. Elicitoren und Precursoren wurden in der Kultivierung von Zellkulturen im Batchversuch gezielt eingesetzt, um die Bildung von Sekundärmetaboliten zu induzieren bzw. zu verstärken. Als elicitierende Substanzen fanden Chitin, Methyljasmonat und Salicylsäure Verwendung. Als Precursoren wurden PAL (Phenylalaninlyase) und Naringenin dem Nährmedium zugesetzt und deren Induktion hinsichtlich der Isoflavonoidbiosynthese analysiert. Dabei zeigte sich als beste induzierende Substanz Methyljasmonat in einer Konzentration von 100 mg/L. Durch die Applikation von Methyljasmonat konnte die Isoflavonoidbildung um bis zu dem 7-fachen gesteigert werden. Als physikalisch induzierende Streßfaktoren wurde auch der Einfluß von Hochdruck, Kälteschock und Hochspannung auf die Isoflavonoidbiosynthese der Glycine max Zellkulturen untersucht. Hierbei zeigte insbesondere die Anwendung von Hochspannungs-impulsen (HSI) in einer Größenordnung von 1600 Volt einen positiven Einfluss auf die aglykone Isoflavonoidbiosynthese. HSI erwies sich als stärkster physikalischer Elicitor und wurde deshalb in der Versuchsdurchführung der Scale-up Untersuchungen aufgenommen. Die Isoflavonoidkonzentration blieb im konventionell aufgebauten Airlift-Bioreaktor im Vergleich zu den Batchversuchen im 200 mL Kolben gering. Mit dem Einbau von Fritten in den Begaserring und einer O2-Regulierung auf einen 80 %-igen O2-Partialdruck im Medium wurden verbesserte Vitalitätswerte der Pflanzenzellkulturen und eine höhere Biomasse während der Wachstumsphase erreicht. Hochspannungsimpulse zeigten im Bioreaktor sowohl auf das Wachstum der Zellkulturen als auch auf die Bildung der Isoflavonoide keinen positiven Effekt. Der Zusatz von Methyljasmonat bewirkte eine Verlängerung des Isoflavonoidnachweises, insbesondere bei Daidzin. Es war eine Konzen-trations--erhöhung um bis das 3-fache erkennbar. Insgesamt konnte aber keine signifikante Produktionserhöhung der Isoflavonoide im Bioreaktor festgestellt werden. Dies wird maßgeblich auf die im Bioreaktor vorhandenen Scherkräfte zurückzuführen sein, die weitgehend auf die mechanische Agitation der Zellsuspension beruhen. Dieser hydrodynamische Streß beeinflußte sehr stark die physiologischen Prozesse der Zelle wie Metabolismus, Zellwachstum und Zellvitalität.
