Característiques de la cèl·lula vegetal

Les cèl·lules vegetals tenen una paret cel·lular, un vacúol gran que ocupa la major part del citoplasma i cloroplasts, a més d'altres orgànuls cel·lulars.
Les cèl·lules vegetals produeixen metabòlits secundaris, a part dels metabòlits primaris com els sucres, els àcids grassos i les proteïnes, que són essencials per a la supervivència de totes les cèl·lules.
Les cèl·lules vegetals diferenciades (somàtiques) són totipotents, tenen tota la informació genètica necessària per generar una planta completa.

Els metabòlits secundaris són compostos que no es produeixen en totes les espècies i es formen a partir del metabolisme primari.
Els principals grups de metabòlits secundaris són: alcaloides, polifenols i terpens.
La seva producció és específica de determinats gèneres o espècies i no es dona en totes les fases del desenvolupament de la planta.
Es sintetitzen en moments i parts de la planta especialment per a la defensa i la interacció amb el medi ambient.
La seva acumulació al citoplasma pot ser tòxica si es dona en gran quantitat, per tant, s'acumulen en compartiments cel·lulars, com el vacúol.

Els fitofàrmacs són compostos del metabolisme secundari (alcaloides, polifenols i terpens) que provenen del metabolisme primari.
Són importants com a principis actius de medicaments i també com a antimicrobians, enzims, saboritzants, colorants, etc.

Els gens estructurals codifiquen per enzims biosintètics que només es sintetitzen en determinats moments i parts de la planta, un procés regulat.
Els gens reguladors regulen l'expressió dels gens estructurals.
Altres gens codifiquen proteïnes que controlen la síntesi i el flux de precursors o cosubstrats, o faciliten l'acumulació o l'excreció dels metabòlits secundaris.

Els metabòlits secundaris s'utilitzen en insecticides, herbicides, proteases, fragàncies, etc.
L'aparició de noves estructures químiques a partir de metabòlits secundaris és relativament baixa.

S'utilitzen matrius inertes com alginat, carragenines, agarosa o agar per immobilitzar cèl·lules.
La immobilització s'ha de dur a terme al final de la fase exponencial per evitar el trencament de les microcàpsules.
Les matrius han de permetre l'alliberament del compost d'interès al medi de cultiu.
Les substàncies produïdes durant la fase exponencial, com les betalaines i els carotenoides, no es poden obtenir en cultius de cèl·lules immobilitzades.
Els sistemes de producció de cèl·lules immobilitzades poden ser en columna (flux vertical) o en llit pla (flux horitzontal).
Els dos sistemes estan compostos per 3 recipients, un per a l'entrada de les cèl·lules, un per al medi de cultiu i un per a la sortida del producte d'interès, i dues bombones peristàltiques per a l'addició de precursors i elicitors al medi i l'obtenció dels productes secundaris.

Permeten un procés de producció continu.
Faciliten els canvis en el medi de cultiu.
Ús eficient de quantitats baixes de biomassa.
Les cèl·lules es poden immobilitzar fàcilment.
La matriu inert permet aconseguir la diferenciació bioquímica o estructural necessària per a la producció d'alguns metabòlits secundaris.

El cultiu d'òrgans es necessita quan la biosíntesi del producte secundari es dona en un òrgan específic i no en les cèl·lules en cultiu.
Alguns exemples d'aquests casos són la berberina, els èsters de bornil, la hiosciamina i l'escopolamina, que es generen a les arrels.

Arrels normals: arrels tallades d'una planta i dipositades en un medi de cultiu, amb creixement i producció disminuïts.
Arrels transformades: arrels infectades per Agrobacterium rhizogenes, amb creixement accelerat i desmesurat ("arrels de cabellera").
El bacteri Agrobacterium rhizogenes té un DNA cromosòmic i un DNA plasmídic (plasmidi Ti) que indueix la formació d'arrels.

El plasmidi Ti del bacteri conté gens "Vir" (de virulència) i un tDNA que s'insereix al genoma de la cèl·lula vegetal i fa que es formin arrels.
El tDNA conté gens "Rol" responsables de la formació d'arrels: RolA (incrementa la sensibilitat a les auxines), RolB (hidrolitza els conjugats de les auxines) i RolC (hidrolitza N i O-conjugats de citoquinines), a més de gens implicats en la síntesi d'opines i altres que intervenen en la síntesi d'auxines.

El biopharming consisteix en l'ús de plantes per a la producció de proteïnes terapèutiques.
S'utilitza un promotor per a regular la quantitat de proteïna que es produeix.

Produir la proteïna en un promotor constitutiu en tota la planta: S'obté una gran quantitat de proteïna, però pot haver-hi problemes de conservació i degradació a causa de la presència d'enzims degradants.
Emprar promotors específics: Es pot acumular la proteïna en teixits de reserva, com les llavors, amb menor risc de degradació.

L'elecció d'un promotor específic de llavors restringeix l'expressió del transgen a aquest òrgan vegetal.
Absència de patògens endògens i pràcticament absència de fenols.
Posseeixen una limitada gamma de proteïnes de reserva.
Les proteïnes romanen inalterades durant períodes de temps llargs.
No es requereix un processament immediat.

Els cossos lipídics són vesícules lipídiques que s'acumulen en el citoplasma cel·lular i emmagatzemen diverses substàncies.
La proteïna més abundant en la membrana dels cossos lipídics és la oleosina.
La tècnica consisteix en l'ús de la oleosina per obtenir "oleosines recombinants" (fusió de proteïnes).

Entre els dos gens s'afegeix una seqüència d'aminoàcids reconeguda per una proteasa específica.
La proteïna d'interès està unida a l'extrem carboxil de la oleosina, a través de la seqüència d'aa que serà reconeguda per la proteasa.
Per extracció i centrifugació es pot alliberar la proteïna d'interès.