CC BY
9
Решением этих проблем может стать кооперация сельскохозяйственных организаций. Такая кооперация нескольких соседних сельскохозяйственных организаций будет иметь свой машинно-тракторный парк, таким образом, появится возможность модернизации техники, сократятся затраты на ее содержание для одного хозяйства. В кооперацию могут входить и организации, занимающиеся производством элитных семян, и различные научно-исследовательские учреждения, что приведет к повышению урожайности и валового сбора зерна, повышение его качества.
В зерновом производстве крайне необходимо осуществление внутриотраслевой межхозяйственной специализации и кооперации. Такая кооперация с рациональными производственно-экономическими взаимоотношениями хозяйств должна обеспечить повышение эффективности производства и конкурентоспособности реализации зерна на рынке.
Список литературы:
1. Особенности земледелия Алтайского края [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://moipogreb.ru/about/articles/osobennosti-zemledeliya-al-tayskogo-kraya.html (дата обращения: 24.02.2016).
2. Урожай-2015: сколько зерна собрали в Алтайском крае [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.katun24.ru/news/90820/ (дата обращения: 24.02.2016).
3. Решетникова Н.В. Повышение эффективности производства зерна на основе совершенствования его размещения, концентрации и кооперирования: дисс. ... степени кандидата экономических наук. - Курск, 2006. - 158 с.
ОСОБЕННОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК ЖИВОТНЫХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ КУЛЬТУРАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
© Сидорова В.Ю.*
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства
Статья рассматривает вопросы создания необходимых технологических режимов для культивирования стволовых клеток ММСК КРС на период 24-30 суток. Установлено, что выращивание стволовых клеток ММСК КРС для получения мясного белка является самым простейшим этапом развития биомассы, по сравнению с выращиванием клеток спе-
* Ведущий научный сотрудник отдела биотехнологий, доктор сельскохозяйственных наук.
цифических тканей (сердечной, костной и др.), или нейронов. Основными условиями роста клеток биомассы для получения мясного белка является их питание и дыхание. Состав микроэлементов и витаминов не будет усваиваться, если буферность раствора не соответствует биологической природе клетки, в первую очередь ее мембраны. Для стволовых клеток такой параметр рН равняется 7,0-7,2. В случае повышения температуры выше +37 °С молекулы клеток ткани, которые являются в нашем случае мясным белком, подвергаются процессу денатурации различной степени и в большинстве случаев погибают. Растворимость кислорода и углекислого газа в воде тесно связана с температурой. При температуре 37-40 °С растворимость кислорода низка - 2,3 мл, а углекислого газа высокая 87,8-88,0 мл/л.
Ключевые слова: буферность раствора, технологические режимы культивирования, биомасса, биологическая природа клетки, мембрана, молекулы клеток ткани, денатурация различной степени.
Введение. Большинство биологических объектов для своей нормальной жизнедеятельности не требуют изменения - увеличения или уменьшения, -влияния факторов внешней среды. Они проходят стандартный жизненный цикл при постоянных условиях существования, причем даже незначительное изменение этих условий неминуемо приводит к их гибели или замедлению развития [1, 4].
Эту особенность развития подтверждает и закономерность роста стволовых клеток животных ММСК КРС. Стволовые клетки животных в условиях живого организма находятся в узких биологических рамках, что необходимо учитывать при создании устройств для их искусственного выращивания по технологии «in vitro»: для культивирования стволовых клеток необходима такая биологическая среда, которая не будет противоречить условиям их физиологической природы.
Процедура увеличения количества паренхимы биомассы за счет потребления питательных веществ не представляет сложности с биологической и физиологической точки зрения, так как состав питательной среды и параметры, необходимые для ее долгосрочного использования хорошо известны [2]. По этим параметрам легко определить требования к культураль-ным сосудам, в которых питательная среда должна циркулировать или находиться в неподвижном состоянии, что необходимо для процессов дыхания и аэрации клеток [3].
Результаты исследования. Основными условиями роста клеток биомассы для получения мясного белка является их питание и дыхание.
Основным параметром доступности питательной ценности культураль-ной среды пищеварительной системе стволовых клеток является ее буфер-ность или рН. Состав микроэлементов и витаминов не будет усваиваться, если буферность раствора не будет соответствовать биологической природе клетки, точнее ее мембраны. Для стволовых клеток такой параметр равняет-
ся числу 7,0-7,2. Культуральная жидкость должна изначально иметь необходимую буферность, в соответствии со своим составом, а задача устройства для культивирования - этот параметр поддерживать.
Естественными буферными системами являются кровь и моча. Искусственные буферные растворы - аммонийный, ацетатно-аммиачный, борат-ный, фосфатный, формиатный, фталатный, цитратный и другие, чаще всего изготавливают, растворяя взятые в определенных пропорциях слабую кислоту и ее образованную щелочным металлом соль. Растворителем обычно выступает вода. рН буфера зависит от константы диссоциации и соотношения концентрации компонентов. Чем эти величины больше, тем больше рН буфера. При рН 7,0 говорят о нейтральной среде. При сдвиге рН на 0,5-0,8 и менее рост клеток прекращается, и клетки начинают погибать (рис. 1).
Рис. 1. Показатели роста клеток при изменении рН
То есть для создания необходимой для культивирования ММСК КРС среды культивирования нет необходимости применять особенные технические и механические режимы химически устойчивых устройств, требующиеся для агрессивных сред и по-существу обеспечить этот процесс в состоянии любая обычная лабораторная посуда при поддержании заданного значения буферности среды.
Известно, что состояние питательной среды для культивирования, кроме уровня рН, определяют параметры дыхания - температура и концентрация О2 и СО2. Остается выяснить, насколько они взаимосвязаны при разработке устройств для организации искусственных сред.
Буферность среды рН - это производная активности ионов Н+ в растворе. Ионная активность определяется температурой, то есть взаимосвязь между буферностью и температурой существует. В частности, температурный коэффициент выражает изменение значения рН при изменении Т на 1 °С.
Температуру кислотности раствора контролировать необходимо, иначе химические свойства смеси необратимо изменятся. При понижении температуры, замедляется броуновское движение, уменьшается скорость диффузии и, следовательно, замедляется процесс образования комплекса между ферментом и компонентами реакции (субстратами). В случае повышения температуры выше +37 °С молекулы клеток ткани, которые являются в нашем случае мясным белком, подвергаются процессу денатурации различной степени и в большинстве случаев погибают. При этом скорость химической реакции заметно падает.
Многие рН-метры имеют встроенную систему поддержки постоянной температуры раствора. Естественная нормальная температура тела животных и человека составляет 36-37 °С. То есть для проведения биотехнологического культивирования ММСК КРС не требуются особенные условия поддержания высоко- или низко--температурных режимов: нет необходимости создавать технические и механические режимы для культуральных устройств, требующиеся для питательных сред и по-существу обеспечить этот процесс в состоянии любая обычная лабораторная посуда.
Экспериментальные исследования показывают, что температура может выступать как катализатор, то есть замедлять или усиливать скорость культивирования. Это будет учитывается нами при проведении дальнейших исследований, однако известно, что наилучший рост стволовых клеток осуществляется при температуре 37 °С (рис. 2).
Рис. 2. Показатели роста клеток (тыс. шт.) при изменении температуры, °С
Создание и поддержание простейших режимов культивирования, то есть рН =7,0 и температуры в пределах 37 °С, необходимо при использовании экспериментального образца биореактора в лабораторных условиях, то
есть при стандартной комнатой температуре от 18 до 22 °С. Никакой материал, используемый для сосуда биореактора - пластик, стекло, или металл, такую температуру культуральной жидкости, по вязкости близкой к вязкости воды, создать и поддерживать без использования дополнительных тер-морегулирующих приборов не сможет. В нашем случае разность между требуемой внутренней и наружной температурой воздуха от 15 до 18 °С. Поддерживать такие параметры не сложно при помощи водяной бани или электромеханической манжеты - с электропитанием от сети или батарейки.
Для дыхания животным клеткам ММСК КРС необходим кислород О2 и углекислый газ СО2. Причем, если система открытая, клеткам достаточно атмосферного кислорода, поступающего с воздухом и углекислого газа, содержание которых должно быть растворено в питательной жидкости. Для того, чтобы растворить необходимое количество этих газов, система культивирования может быть открытой, при достаточной величине давдени атмосферного воздуха, или закрытой при растворении их за счет необходимого уровня парциального давления.
С учетом обязательной стерильности культивирования, культуральную систему проще сделать закрытой, с подводом воздуха и углекислого газа. Объем воздуха составляет 0,5-0,2 объема на моль, а концентрация углекислого газа - 5 % от объема воздуха. Концентрация растворенного кислорода и углекислого газа является одним из основных факторов успешного культивирования в условиях биотехнологических устройств по технологии «in vitro».
Для подачи углекислого газа используются баллоны вместимостью от 5 литров. Растворимость кислорода и углекислого газа в воде тесно связана с температурой. При температуре 37-40 °С растворимость кислорода низка -2,3 мл, а углекислого газа высокая 87,8-88,0 мл/л. Создать такой режим в биореакторе можно в закрытой системе по принципу СО2 инкубатора, то есть без перемешивания. Однако здесь необходимо учитывать давление - атмосферного воздуха в мм рт. ст. (0,29 атм), или искусственного парциального давления -в барах (1-5), кПа - 16,01 для кислорода и 5,71 - для углекислого газа.
Заключение. Таким образом, для культивирования стволовых клеток в условиях искусственной среды по технологии «in vitro» необходимо создание основных технологических режимов питания и дыхания клеток:
- рН - за счет химического состава культуральной жидкости;
- постоянной температуры - за счет использования дополнительных электромеханических контуров;
- постоянного количества растворенного кислорода и углекислого газа - за счет создания необходимого парциального давления или достаточной величины парциального давления.
Поддерживать такие режимы культивирования возможно без перемешивания культуральной жидкости, если соблюдение указанных параметров в устройстве осуществляется непрерывно в течение всего периода культивирования - от 24 до 30 суток.
Список литературы:
1. Kehoe D.E., Jing D., Lock L.T., Tzanakakis E.M. (2010) Scalable Stirred-suspension Bioreactor Culture of Human Pluripotent Stem Cells. Tissue Eng Part A 16: 405-421.
2. Jing D., Parikh A., Tzanakakis E.S. (2010). Cardiac cell generation from encapsulated embryonic stem cells in static and scalable culture systems. Cell Transplant 19: 1397-1412.
3. Lock L.T., Tzanakakis E.S. (2009) Expansion and differentiation of human embryonic stem cells to endoderm progeny in a microcarrier stirred-suspension culture. Tissue Eng Part A 15: 2051-2063.
4. Simon MC, Keith B (2008) The role of oxygen availability in embryonic development and stem cell function. Nat Rev Mol Cell Biol 9: 285-296.
