Producción de metabolitos secundarios por cultivos de células vegetales.

Las primeras preguntas que deben responderse para la aplicación comercial de cultivos de células vegetales para la producción de productos químicos finos se refieren a la viabilidad tecnológica y económica. En principio, los cultivos de suspensión de células vegetales pueden obtenerse de cualquier planta, aunque algunas plantas son mucho más fáciles de hacer cultivos celulares que otras.

Se pensaba que la principal restricción era la sensibilidad al corte de las células vegetales. Si se comparan con los microorganismos, las células vegetales son mucho más grandes, principalmente debido a la presencia de grandes vacuolas. Como las células vegetales son como una bolsa de agua con una pared celular delgada, se pensó que la agitación en grandes fermentadores causaría el colapso de las células debido a las fuerzas producidas al agitar la masa viscosa de las células (estrés hidrodinámico).

Sin embargo, se demostró que la sensibilidad al corte de las células vegetales no es un problema como se pensaba. De hecho, las células vegetales se pueden cultivar en biorreactores de tipo tanque agitador, los agitadores suaves pueden ser ventajosos para líneas celulares más sensibles. Esto también se confirma en la práctica, se han publicado varios experimentos a gran escala en la literatura, y se ha logrado la producción comercial de productos vegetales utilizando biorreactores de tanque agitado La tecnología es factible, la economía de una producción biotecnológica de células vegetales es la otra cuestión importante.

Se hicieron cálculos de costos para diferentes tipos de procesos, basados en un diseño para una instalación biotecnológica de células vegetales de metabolitos secundarios. Para producir 3.000 kg de alcaloide de indol, se necesitan 6 biorreactores de ajmalicina de 145 m3. Al calcular los costos basados en la depreciación de los biorreactores y los costos de los medios y la energía, se concluyó un precio de US $ 1500 / kg. De este 65% aproximadamente se destina a la depreciación. Si la productividad se incrementara 10 veces a 3 g/l, se calculó un precio de US $ 430 / kg. También se consideraron las posibilidades de un sistema de producción continuo. En tal sistema, las células se mantienen vivas y el producto se recoge del medio. Esto, sin embargo, requiere que el producto se excrete a un medio libre fuera de las células. En el sistema de alimentación discontinuo, a una densidad de biomasa de 40 g/l casi no hay medio libre. Por lo tanto, para un sistema continuo de este tipo, la densidad de la biomasa debe reducirse. Eso requiere un mayor tamaño de los biorreactores (250 m3) y un aumento de los costos de depreciación, medios y energía. De hecho, esto se traduce en un doble del precio en el sistema de cultivo de fedbatch. En caso de que el producto no se excreta al medio, que es el más común, se necesita un paso adicional para permeabilizar las células, lo que aumenta aún más los costos. La conclusión de estos cálculos fue, por lo tanto, que un cultivo en suspensión celular de tipo discontinuo o alimentado por lotes es el más económico. Por lo tanto, el objetivo debería ser mejorar la productividad de las células para llegar a un proceso comercial.