دانلود مقاله تولید پروتئینهای نوترکیب با استفاده از کشت سلول و بافت گیاهی

بخشی از مقاله

چکیده

بیش از دو دهه است که گیاهان به منظور تولید پروتئین نوترکیبمورد استفاده قرار گرفته است. ولی تنها اخیراً توجه و تمرکز از سمت مطالعات پایه به سمت کارامدی و تجاری سازی این محصولات تغییر یافته است. توجهات عمیقی در زمینه تولید پروتئینهای دارویی قابل اعتماد، که بتواند آزمایشات، قوانین و نگرانی های موجود در رهاسازی و تجاریسازی را به خوبی پاسخ دهد، بهوجود آمده است. آیا پروتئین تولیدی ایمن است؟ آیا پروتئین بیان شده بیان لازم را دارد؟ آیا به اندازه لازم کارایی عملکرد دارد؟ آیا میتواند تمامی مراحل و قوانین رهاسازی را با موفقیت به انجام رساند؟ استفاده از کشتهای سلول و اندام گیاهی به منظور تولید دامنه وسیعی از زیستداروهای نوترکیب میتواند راهگشا باشد. کشت سلول یا اندام گیاهی تحت شرایط کنترل شده و محیط کاملاً تعریف شده انجام میپذیرد. این مطلب اجازه کنترل دقیق رشد و کیفیت محصول را فراهم میکند. در نتیجه از رعایت دقیق مقررات نظارتی اطمینان حاصل میگردد. مزیت عمده تولید پروتئینهای نوترکیب در سیستمهای درون شیشهای امکان دست ورزی کردن شرایط محیطی به منظور کنترل بهتر در جهت تولید بالا و با کیفیت مطلوب است. یکی دیگر از مزایای مهم این روش امکان استفاده از فرایند ترشحی و یا سکرشن است(که در بسیاری از پروتئینهای طبیعی گیاهی صورت میگیرد). میتوان از این قابلیت به صورت مهندسی شده استفاده نمود و به میزان قابل توجهی هزینههای فرایندهای پائیندستی و تخلیص را کاهش داد. با توجه به لزوم توجه به مراحل نهایی تولیدی در مبحث کشاورزی مولکولی، نیاز به کنترل دقیق شرایط تولیدی، مزایای علمی و کاهش هزینههای تولید با استفاده از پدیده ترشح، تولید پروتئینهای نوترکیب ارزشمند با استفاده از کشت سلول یا بافت گیاهی یک فرصت بسیار ایدهآل را فراهم آورده است. در سال های اخیر شاهد آغاز مطالعات مبنایی در زمینه تولید درون شیشهای پروتئینهای نوترکیب با استفاده از ویروسها هستیم؛ پیشبینی میشود که با بکارگیری همزمان مزایای کشتهای درون شیشهای و روش بیان موقت، در آینده این راه در مورد پروتئینهای ارزشمند دارویی ادامه و بهبود یابد.

کلمات کلیدی: کشاورزی مولکولی، پروتئن نوترکیب، تولید درونشیشهای، ریشههای موئین، بیان موق

Faye and

مقدمه

هزاران سال است که بشر از گیاهان به عنوان منبع مواد خام و انواع داروهای گیاهی استفاده می کند. همزمان با شکل گیری اولین تمدنها بشر از عصارههای گیاهی جهت درمان بیماریها و تسکین دردها استفاده کرده است. در اواخر دهه 80 میلادی تکنولوژی تولید پروتئین و DNA نوترکیب در گیاهان باعث کشف سیستمهای بیان گیاهی شد که قادر به تولید پروتئینهای دارویی ارزان و ایمن بودند(.(Fischer et al., 2004 به تولید داروهای زیستی و پروتئینهای مهم در گیاهان از طریق تکنیک های مهندسی ژنتیک کشاورزی مولکولی اطلاق می شود. کشاورزی مولکولی رویکردی جدید، جهت تولید ترکیبات دارویی بوده و دارای پتانسیل بالایی در تولید نامحدود

انواع آنتی بادیهای نوترکیب، واکسن ها، جایگزینهای خونی، فاکتورهای رشد و آنزیمها میباشد(

.(Gomord., 2010

نیاز فراوان به داروهای بیولوژیکی و قیمت بالای آنها باعث گزینش گیاهان به عنوان بیوراکتورهای طبیعی برای تولید این داروها شده است و پروتئینهای نوترکیب ارزشمندی را میتوان از این طریق در مقیاس زیاد و به قیمت ارزان تولید کرد. .(Twyman et al., 2003)

با این وجود باید توجه کرد که پتانسیل بالای تولید پروتئینهای دارویی در گیاهان فقط در صورتی محقق می شود که تولیدات حاصل، استانداردهای کیفی لازم و همچنین درجه کیفی دارویی را داشته باشند تا بتواند از فیلترهای نظارتی رد شده و استفاده از آنها در آزمایشات بالینی و درمان معمول گردد. برای رسیدن به این اهداف باید تکنولوژی های مربوط به بهبود عملکرد از نظر کمی را توسعه داد، از کیفیت و پایداری محصولات مطمئن گردید و همچنین مراحل تخلیص و پردازش فراورده بخوبی انجام گیرد(.(Strasser and Altmann, 2004

علاوه بر این مسائل، چندین چالش مهم دیگر وجود دارد که عبارتند از : نگرانیهایی که در مورد مسائل محیطی وجود دارد، موضوعات ایمنی زیستی و ریسک موفقیت کشاورزی مولکولی. این موضوعات بخوبی نشان می

1

دهد که اهمیت ایمنی آزاد سازی گیاهان تراریخت کمتر از اهمیت ایمنی خود محصولات نوترکیب تولید شده نیست .(Horn et al . 2004)

1 فاکتور های مهم در تجمع پروتئینهای نوترکیب در سیستمهای گیاهی

اکثر تحقیقات انجام شده تا امروز به منظور افزایش تجمع پروتئینها در گیاه بر روی افزایش سطح بیانی متمرکز شده است. مشکلاتی که در رابطه با خاموشی ژن معرفی شده به گیاه به وجود میآید شناسایی شده و راه کارهایی برای مقابله با آن بیان شده است(.(Dasai et al., 2010

راهاندازهای ژنی بهتر، استفاده از کدهای پروتیئنی بهینه شده با توجه به گیاه مورد نظر، برطرف کردن ژن های ناپایدار کننده mRNA و مهندسی فواصل اینترونی از جمله کارهای صورت گرفته است. قرار دادن دم پلی ادینالسیون و پایدار کنندههای mRNA و 5`UTR و اضافه کردن عناصر مهندسی شده از دیگر فعالیتهای صورت گرفته در زمینه افزایش سطح بیان است. با همه این تفاسیر و با توجه به استفاده از یک یا چند تکنیک از موارد بالا، متاسفانه هنوز بیان پروتئینهای نوترکیب در گیاهان پایینتر از یک در صد است.( Xu et al .,) 2012 در جدول1 خلاصهای از فعالیتهای گزارش شده جهت بهبود عملکرد پروتئین نوترکیب به همراه مرحلهی مورد نظر آورده شده است.

جدول.1 راهکارهای استفاده شده جهت افزایش بیان پروتئین نوترکیب در مراحل و وضعیتهای مختلف.
راهکارها مرحله تولید
استفاده از راهاندازهای قویتر، افزایزنده دوبرارشده و یا هیبرید رونویسی
استفاده از راهاندازهای القایی
مهندسی بهتر افزایشدهندهها، فعالکنندهها یا پذیرندهها
بهینهسازی مناطق 3 و UTR 5 ترجمه
طراحی بهینهساز رمزهای ژنتیکی
هدفدار نمودن پروتئین در حال ساخت به سوی اندامکهای سلولی پس از ترجمه
مانند ER
بیان همزمان با بازدارندههای پروتئازی/ بیان همزمان آنتیبادی و

2

راهکارها مرحله تولید
آنتیژن
بیان همراه پروتئینهایی که در سطح بالایی بیان میشوند و پایدارند
بهینهسازی ترکیبات محیط کشت کشت درون شیشهای سلول و اندام
گیاهی
استفاده از عوامل پایدارکننده پروتئینی
جمع آوری در محل((in sito پروتئین ساخته شده
استفاده از بیوراکتورها یا بهبود طراحی آنها استفاده و ارتقاع بیوراکتورها
استفاده از راهکارهای مختلف کشت درون شیشهای
استفاده از فرایند ترشح

1.1 تجزیه و تخریب پروتئین نوترکیب

مقدار پروتئینهای نوترکیب توازنی است بین مقدار بیان پروتئین و تجزیه آن. امروزه مشخص گردیده است که تجزیه و تخریب یکی از مهمترین نقشها را در مقدار عملکرد پروتئینهای نوترکیب داراست. نکته حائز اهمیت این است که مقدار mRNA بالا لزوما تضمین کننده مقدار بالای تجمع پروتئینهای نوترکیب نیست. در این زمینه چندین گزارش وجود دارد که بیان می کند رابطه مستقیمی بین مقدار mRNA و پروتئینهای نوترکیب آن وجود ندارد.

پیشنهاد شده است که این پروتئینها بیان شده اند ولی با مرور زمان مورد تجزیه قرار گرفتهاند. آنزیمهای پروتولیتیکی نقش اساسی در این زمینه بازی می کنند و مسئول پاسخ سلولها به تغییرات شرایط محیطی هستند .(Nuria et al 2011) با این وجود درک اینکه دقیقا چه عواملی این آنزیمها را تحت تاثیر قرار می دهند در همه سیستمهای بیانی از جمله گیاهان بسیار سخت است. کاهش پروتئینهای نوترکیب بعد از ساخته شدن، سرهمبندی شدن و در بعضی موارد بعد گلایکولیزاسیون و تغییرات پس از ترجمه از عمدهترین مراحل تجزیه در سلولهای گیاهی تراریخت میباشد(.(Doran., 2006 مسئله مهم دیگر این است که افزایش تولید باعث ایجاد نوعی خود تنظیمی منفی در سلول ها خواهد شد. در این زمینه میتوان با استفاده از سیستمهای ترشحی از تجمع بیش از حد

3

یک محصول خاص در سلول جلوگیری کرد مزیت دیگر این کار پایین آوردن هزینه فرایندهای پاییندستی در تخلیص و جداسازی پروتئین میباشد. نکته اساسی دیگر این است که در این روش تنها پروتئینهای بالغ و کامل پس از طی کامل فرایند ساختهشدن به محیط ترشح پیدا می کنن(.(Benchabane et al., 2008

چندین مکان و راه برای تجزیه پروتئینهای خارجی در گیاهان وجود دارد فعالیت پروتئازی آپوپلاستیکی و یا بین سلولی مسبب تجزیه تخریب پروتئینهای نوترکیب در درون سلول و اندام گیاهی هستند از طرف دیگر آنزیم-های ترشحی پروتوئیلیتیک و جذب سطحی باعث پاین آمدن سطح پروتئینهای نوترکیب در درون محیط کشت درون شیشهای خواهد شد. وقایع تجزیه و تخریب پروتئین معمولا با آزمایشات ایمنوبلاتینگ ( مثلا وسترن بلات) انجام می گیرد. این مسئله معمولا در پروتئینهای چند شاخهای من جمله بعضی از آنتی بادیها به خوبی مشاهده میشود(.(Doran., 2006 به نظر میرسد پایداری پروتئینی یکی از مهمترین مسائل در مهندسی تولید بالای پروتئینهای نوترکیب در گیاهان می باشد.

تفاوتهای بین سرهمبندی و گیلکونهای گیاهی ساختارهای تاخورده و چند بعدی پروتئینها را تحت تاثیر قرار داده و همین تغییر شکل ممکن است توسط سلول شناسایی شده و به عنوان یک عنصر خارجی مورد تخریب قرار گیرد. این امر به اثرات گیلیکانها نسبت داده می شود. تاخوردگی نامناسب و عدم پیوندهای دیسولفیدی مناسب ممکن است حملات پروتئازی را افزایش دهد .(Catherine et al., 1998) چندین مشاهده وجود دارد که نشان میدهد تجزیه پروتئازی در توتون در مقایسه با سایر گونه ها مانند آرابیدوپسیس و یونجه بیشتر است. هم-چنین در گیاهان کامل تراریخت یک رابطه مستقیم بین تجزیه پروتئینهای نوترکیب و پیری و سن گیاه وجود دارد. یکی از مسائل و محدودیتهای مهم در زمینه کشاورزی مولکولی بحث تجزیه و تخریب پروتئینهای نوترکیب تولیدی در خود گیاه و یا کشت بافت گیاهی است در این زمینه نیز Doran در سال 2007 یک مقاله مروری انتشار داده است(.( Doran., 2006

4

2.1 راه کارهای حفاظت از پروتئینهای نوترکیب در مقابل تجزیه در درون سلول و بافت گیاهی

تجزیه و تخریب پروتئینهای نوترکیب را میتوان با استفاده از هدفدار نمودن سنتز آن در شبکه آندوپلاسمی در مقایسه با سیتوسل کاهش داد(.( Peeters et al., 2001

در غیاب این روش پروتئین بیان شده از شبکه اندوپلاسمی به فضای آپوپلاست و خارج سلولی ترشح میشود. به علت فعالیت آنزیمی بالا در آپوپلاست ماندن پروتئینهای نوترکیب در درون شبکه آندوپلاسمی میتواند در تجزیه و تخریب جلوگیری کند که این کار با استفاده از پپتایدهای نشانه من جمله KDEL و HDEL می تواند انجام بگیرد(.( Schouten et al 1996 شبکه آندوپلاسمی دارای مقادیر پایینتری از آنزیمهای پروتئازی است که در جلوگیری از تجزیه و تاخوردگی مناسب با استفاده از چاپرونهای ویژه و عوامل پایدارکننده موثر است Peeters et .(al., 2001) با این وجود استفاده از این روش برای تمامی موارد قابل توصیه نیست. به علت اینکه بعضی از پروتئینهای دارویی نیازمند به فرایندهای مهم پس از ترجمه در دستگاه گلژی می باشند( Benchabane et al., (2008

حذف سایتهای پروتئازی در پروتئینهای نوترکیب میتواند بصورت مهندسی شده مورد استفاده قرار گیرد با این وجود مطالعات و پژوهشات دیگری لازم است تا بتوان از این تکنیکهای مولکولی به خوبی استفاده کرد. توانایی برخی پروتئینهای نوترکیب در ایجاد شکلهای ضعیف و فشرده شده با استفاده از باند دی سولفیدی و بوجود آمدن ساختارهای ذره مانند میتواند آنها را از تجزیه و تخریب حفاظت کند .(Doran., 2006)

5

2 تولید پروتئینهای نو ترکیب با استفاده از کشت سلول و بافت گیاهی

مزیت عمده تولید پروتئینهای نو ترکیب در سیستم های درون شیشهای امکان دستورزی کردن شرایط محیطی به منظور کنترل بهتر در جهت تولید بالاتر و با کیفیتی بالاتر است. سرعت این روش در مقایسه با کشاورزی سنتی و فرایند های پایین دستی ارزان تر به منظور تخلیص و جدا سازی پروتئین هدف از دیگر مزایای مهم استفاده از این روش تولیدی است(.(Doran., 2000

یک سیستم مهم و البته به خوبی رشد پیدا نکرده در زمینه تولید پروتیینهای نو ترکیب استفاده از کشتهای سلولی و بافتی گیاهی است. در این روش سلولهای گیاهی چه تمایزیافته و یا تمایزنیافته به عنوان پلتفرم تولیدی قرار میگیرد جمعآوری پروتئینها هم در بافت گیاهی و هم در محیط کشت قابل انجام شدن است.( Walmsley .(and Doran 2012

با استفاده از فرایند ترشحی که در بسیاری از پروتئینهای طبیعی گیاهی صورت میگیرد میتوان از این قابلیت به صورت مهندسی شده استفاده نمود(.(Doran., 2000

2.1 کاربردهای تولید پروتئینهای نوترکیب در کشت بافت گیاهی

در اوایل سوسپانسیونهای گیاهی بیشتر از اندامهای گیاهی مورد استفاده قرار گرفت. از جمله می توان به تولید آنتیبادیها و یا قطعات آنها ، آنزیمها و پروتئینهای دارویی ارزشمند اشاره کرد. بیشتر گیاه مورد استفاده برای این منظور تنباکو می باشد اگر چه سوسپانسیون سلولی برنج نیز تا به حال مورد استفاده قرار گرفته است بعضی از این تلاشها منجر به ایجاد سیستمهای بزرگی تا بالای 40 لیتر نیز شده است. کشت ریشههای مویین نیز از دیگر روشهای تولید درونشیشهای میباشد(.(Boitel-Conti et al., 2011

لازم به ذکر است در محدود مقایسات صورت گرفته به منظور ارزیابی هزینههای تولید پروتئینهای نوترکیب گیاهان بسیار اقتصادیتر بودهاند اگرچه در سیستم های کشاورزی دسترسی به پروتئینهای نوترکیب با خلوص و

6

کیفیت بالا بزرگترین مشکل پیش رو است.استفاده از این روشها امکان در کنترل گرفتن و مهندسی شرایط رشدی را به منظور افزایش کمی و کیفی محصول نهایی فراهم می کند(.(Sharon and Doran 2009

به طور مثال افزودنیها به محیط کشت میتواند نقش بسیار مهمی بازی کند. افزودن بعضی از آمینواسیدها باعث افزایش آنتیبادی شده است. افزودن غلظتهایی از اکسین باعث بالا رفتن رسین نوترکیب در محیط کشت شده است. عوامل فیزیکی نیز همچون سیکلهای نوری میتواند در این زمینه مورد استفاده قرار گیرد. یک محدودیت عمده در کشتهای بافتی از دست رفتن و کاهش پروتئینهای نوترکیب در اثر تجزیه و یا جذب سطحی دیواره های محیط کشت میباشد(.(Doran., 2006این محقق همچنین گزارش کرد که جذب سطحی دیوارههای محیط باعث کاهش پروتئینهای نوترکیب ترشح شده به محیط شده است وی توانست با استفاده از پوشش های مانند F121 سطح پروتئینهای نوترکیب محیط را تا ده برابر افزایش دهد(.( Doran., 2006

استفاده از روشهای درون شیشهای در مقایسه با کشاورزی سنتی گرانتر میباشد. ترشح پروتئینهای نوترکیب به محیط کشت میتواند باعث کاهش شدید هزینهها شود. با این وجود محیط ساده شیمیایی کشتهای سلولی و بافت گیاهی در مقایسه با سلول حیوانی میتواند باعث از دست رفتن بیشتر پروتئینهای نوترکیب شود. غیاب بیشتر متابولیتهای و آلودگیهای پروتئینهای نوترکیب در محیط کشت گیاهی بصورت عمومی تعبیر به آسان و ارزان شدن تخلیص پروتئینهای نوترکیب میشود .(Doran., 2006)

شکست خوردن در شناسایی پروتئینهای نوترکیب در محیط الزاما به معنای ماندن درون سلول و یا ترشح شدن نیست بلکه ممکن است پروتئینهای نوترکیب در درون محیط تجزیه و تخریب شده باشد. معمولا کاهش پروتئینهای نوترکیب ترشح شده در درون کشت یک الگوی ثابت را دنبال میکند. غلظت آنزیمهای پروتئولیتیکی یکی از عوامل کاهش مشاهده شده در عملکرد پروتئینهای نوترکیب است. این کاهش همچنین ممکن است در اثر جذب سطحی اتفاق افتاده باشد. جذب شده شیشه، پلاستیک و یا فلزی که مسئول نگهداری محیط کشت میباشد. پروتئینهای نوترکیب میتواند با استفاده از تکنیکهایی مورد حفاظت قرار گیرد. در مقایسه با محیط های کشت حیوانی محتویات محیط کشت گیاهی محافظت کمتری در مقابل جذب کنندههای پروتئین نشان میدهند.(., 2009 ( Karg and Kallio

7

2.2 رایزوسکرشن

مجموعه وقایعی که ریشه گیاهان مولکولهایی را به محیط رایزوسفر ترشح میکنند رایزوسکرشن میگویند. این ترشحات عموما به منظور جذب بهتر مواد غذایی و همچنین مبارزه با عوامل بیماریزا است. این مواد شامل سیتراتها،مالات و یا ساکسیناتها میباشد. بیان بالای سنتز سیترات در گیاهان نشانهای از افزایش قدرت جذب فسفر است(.(Gaume et al., 2003

یک جنبه مهم دیگر رایزوسکرشن ترشح پروتئینها است مانند فسفاتازها و یا فیتازها. این آنزیمها قادر به هیدرولیز مولکولها است که به این ترتیب فسفر غیر آلی را قابل جذب برای گیاه میکند. باکتری و قارچ ها قادر به ترشح کردن سولفاتازها هستند اما این عمل تا کنون در گیاهان مشاهده شده است. نیترات ریتاکتازها یکی از دیگر از آنزیم های ترشحی توسط ریشه های گیاهان میباشد. تعداد زیادی از انزیم ها به محیط رایزوسفر اضافه میشود(.(Veljanovski., 2006 بسیاری از مواد ترشح شده به محیط ریشه تاکنون عمل مشخص برای آنها نشده است. رایزوسکرشن این امکان را به مهندسان ژنتیک میدهد که تا پروتئین هدف را بصورت مداوم از محیط برداشت نماید. بعلاوه تخلیص یک ماده بخصوص و یا پروتئین تولیدی توسط رایزوسکرشن بصورت مشخصی در مقایسه با عصارهی بافتهای گیاهی ساده تر و ارزان تر است(.(Drake et al., 2009 رایزوسکرشن یکی پتانسیل تولیدی فوق-العاده برای بهره برداری میباشد.

اولین گزارش در زمینه استفاده از رایزوسکرشن در مهندسی ژنتیک به فعالیتهای بوریژک و همکارانش در سال 1999 برمیگردد. این محققان سه پروتیئن شامل GFP، SEAP و Xylanaz را بصورت رایزوسکرشن در ریشه های طبیعی گیاه توتون بیان کردند(شکل .(1 هر سه از این پروتیئن از ریشه ها ترشح شدند و بیان آنها با استفاده از رنگ آمیزی محیط ثابت شد.

تولید پروتیئن نوترکیب با استفاده از فرایند رایزوسکرشن متکی بر استفاده پپتید نشانه خاص برای هدایت پروتیئن در مسیر ترشحی میباشند. شادویک و دوران در فصلی از کتاب کشاورزی مولکولی، زیست داروها و پروتئینهای گیاهی خلاصه فعالیتهای صورت گرفته در این زمینه را به خوبی نشان دادهاند.این محققان با توجه به

8

پروتیئن نوترکیب هدف، نوع کشت، گونه گیاهی، روش ترانسفورماسیون، پیش برنده و حداکثر مقدار بیان گزارشهای مختلف را مورد ارزیابی قرار دادهاند. .(Shadwick and Doran., 2004)

شکل .1 تولید پروتئین نوترکیب به صورت ترشحی در ریشه. الف) سمت راست گیاه تراریخت به وسیله ژن زایلاناز در محیط دارای سوبسترای خود موجب واکنش رنگی شده است. در سمت چپ گیاه شاهد در همان محیط قرار دارد. ب) ترشح ریشهای GFP از ریشههای توتون تراریخت. سمت چپ گیاه شاهد میباشد. به نقل از Borisjuk و همکاران در سال .1999

3 مقایسه کشت سلول و بافت گیاهی به منظور تولید پروتیئن نوترکیب

3.1 سوسپانسیون سلول های گیاهی

تاکنون مطالعات زیادی در زمینه تولید متابولیتهای ثانویه و تولید پروتئینهای نوترکیب از طریق کشت سوسپانسیون سلول های گیاهی به امید نیل به تولید تجاری از این طریق صورت گرفته است(.(Kwon et al.,2003 از آنجا که مدیریت سیستم های کشت سوسپانسیون سلولی بسیار ساده می باشد و استخراج ترکیبات ثانویه از آنها در مقایسه با سایر سیستمهای کشت با سرعت و سهولت نسبتا بیشتری انجام می گیرد، در صورتی که مقادیر مناسبی از متابولیتهای ثانویه تولید نمایند، این سیستمها را می توان برای تولید تجاری ترکیبات ارزشمند گیاهی مفید دانست(.(Hellwig et al., 2004

9

تحقیقات نشان داده است که تولید در سلولهای تمایز یافته معمولا بیشتر از سلولهای تمایز نیافته است و حتی برخی ترکیبات تا زمانی که سلول ها به صورت تمایز نیافته باشند، تولید نمی شوند. این پدیده معمولا به این دلیل روی میدهد که اصلا تولید، نشانه تخصصی شدن سلولها است و بیوسنتز ترکیبات مذکور اغلب مستلزم تمایز ساختاری می باشد و به حضور یک نوع سلول یا اندامک خاص و تنظیم بیان ژنهای بیوسنتزی بستگی دارد. علاوه بر این، سلولهای تمایز نیافته تمایل شدیدی به تغییرات ژنتیکی و بیوشیمیایی نشان می دهند و بدین ترتیب تقریبا فاقد قابلیت بیوسنتزی لازم برای تجمع فراورده های ثانوی مورد نظر هستند(.(Sharp and Doran., 2001

3.2 ریشههای موئین

در طی سالهای اخیر، علاقه به استفاده از سیستمهای کشت مبتنی بر سلولهای تمایز یافته به طور فزاینده ای توسعه یافته است. در این راستا به ویژه کشت ریشههای موئین که یک سیستم نویدبخش محسوب می شود. و شامل کشت ریشه های حاصل از تلقیح ریزنمونه مناسب گیاهی با باکتری اگروباکتریوم رایزوژنز است، بسیار مورد توجه قرار دارد(.(Georgiev et al., 2012

سرعت رشد بالای ریشههای موئین که قابل مقایسه با سرعت رشد سوسپانسیون سلولهای گیاهی است از یک سو و ثبات ژنتیکی، مرفولوژیکی و بیوشیمیایی آنها از سوی دیگر موجب شده است که تولید متابولیتهای ثانویه از کشت این ریشهها با یک راندمان ثابت و مطلوب برای مدت زمان طولانی امکان پذیر باشد( ,. Christey, and Braun .(2005 علاوه بر این، ریشه های موئین برای کشت در بیوراکتورها نیز سازگاری نشان می دهند و در اکثر موارد کشت آنها نیاز به تیمار نوری ندارد. پتانسیل قابل توجه این روش کشت برای انتقال ژنهای اضافی همراه با پلاسمید Ri باکتری به درون سلولهای گیاهی نیز به سهولت دست ورزی مسیرهای متابولیکی و تغییر الگوی متابولیتی گیاه را به سمت ترکیبات هدف امکان پذیر می سازد(.(Georgiev et al., 2012