مقاله تولید پروتئینهای دارویی در ذرت

بخشی از مقاله

چکیده:

ذرت اولین گیاهی است که سطح تجاری در تولید پروتئین های نوترکیب دارد واز ذرت به عنوان پلت فرمی برای تولید پروتئین های دارویی بدلیل فواید بیش از اندازه و منحصر بفرد آن نسبت به سایر گیاهان و تولیددر مقیاس تجاری پروتئین های نوترکیب واینکه بیشترین عملکرد سالیانه را با هزینه کمتر دارد، استفاده میشود. به واسطهی تکنیک های مهندسی ژنتیک ترکیبات با ارزش تجاری که قبلا از منابع حیوانی و میکروبی تامین می شدند، امروزه در گیاهان اهلی تولید می شوند. صنعت دارویی برای موج جدیدی از داروهای تولید شده مبنی بر پروتئین پستانداران از جمله آنتی بادی های مونوکلونال و بیان زیر واحدهای پاتوژن به عنوان واکسن بیخطر و مؤثر باعث حفاظت انسان وحیوانات در برابر بیماری میباشد، ایجاد کرده است. از جمله ژنوتیپ های برتر ذرت شامل A188, Pa91, H99 می باشند که بطور گسترده در ترانسفورماسیون ژنتیکی مورد استفاده قرارمی گیرد. هزینه های تولید پروتئین های دارویی با میزان درجه خلوص آن پروتئین در زمان مصرف ارتباط معنی داری دارد. زیرا بیش از 85 درصد از هزینه تولید پروتئین های نوترکیب در گیاهان از جمله ذرت به تخلیص و فعالیتهای پایین دستی آن اختصاص دارد.

کلمات کلیدی: ذرت، پروتئینهای دارویی، پلت فرم و انسولین

مقدمه

پروتئین های انسانی می توانند به وسیله سیستم های بیان مختلف از جمله باکتری، مخمر و سلولهای پستانداران یا حیوانات ترانسژنیک سنتز شوند. اما اخیراً تولید گیاهان تراریخته، باعث شده از گیاهان برای درمان بیماریهایی استفاده شود که تا پیش از این به وسیله داروهای شیمیایی یا مواد زیستی بدست آمده از حیوانات یا میکروارگانیسم ها درمان می شدند.از آنجائیکه قیمت داروهای زیستی بدست آمده از سیستمهای کشت سلول های حیوانی یا میکروارگانیسم ها فراوانی آنها را محدود می کند، بنابراین توسعه سیستمی که بتواند این داروها را با قیمت و فراوانی مناسب در اختیار مصرف کنندگان قرار دهد، امری ضروری می باشد . - 1 - ذرت ،سومین محصولغلهای بعد از گندم و برنج در جهان با 792 میلیون تن تولید در سال 2008/2007 بوده، که 774 میلیون تن آن به عنوان فرآورده غذایی مصرف میشود.

ذرت اولین گیاهی است که سطح تجاری در تولید پروتئین های نوترکیب دارد و از ذرت به عنوان پلت فرمی برای تولید پروتئین های دارویی بدلیل فواید بیش از اندازه ومنحصر بفرد آن نسبت به سایر گیاهان و تولیددر مقیاس تجاری پروتئین های نوترکیب واینکه بیشترین عملکرد سالیانه را با هزینه کمتردارد، استفاده میشود. خواص منحصر بفرد ذرت در زمینه ی کشاورزی مولکولی عبارتند از وضعیت - Generally Regarded As Saf - GRAS، زیر ساخت تولید محصولات کشاورزی، سرعت در پاسخ به تقاضا میباشد . این خصوصیات جوابگویی برای کشت In vitro و انتقال ژن به ذرت می باشد، برای تولید پروتئین های نوترکیب با ارزش بالا، دانه های ذرت یک وسیلهی تولیدی بسیار خوبی میباشد . - 2 -

خواص ذرت بعنوان پلت فرم برای تولید پروتئین های دارویی

دانه ذرت میتواند بعنوان واکسن خوراکی مبنی بر تولید آنتی ژن مورد استفاده قرار گیرد، محیط اطراف دانه برای کپسولدار کردن پروتئینهای نوترکیب هضم در روده را طولانی تر وسیستم ایمنی بدن را به تاخیر می اندازد. دانه ذرت اندازهی بزرگی در مقایسه با دیگر غلات دارد و 82 درصداز دانه را آندوسپرم تشکیل میدهد، چون آندوسپرم اندام های طبیعی ذخیرهی پروتئینها می باشند بنابراین یک ارگان ایده آل برای ذخیرهی ماندگار پروتئین های نوترکیب از جمله آنتی بادیها می باشد. دانه ذرت فاقد فعالیت پروتئازی که باعث تجزیهی پروتئین ها می شود، بوده و شامل چاپرون ها وایزومرهای دی سولفیدی می باشد که به بسته بندی صحیح پروتئین، تجمع و افزایش ثبات آنها کمک مینماید. و مهم تر اینکه فاقد مواد فنلی که در برگهای توتون وجود دارد، می باشد. به همین دلیل آنتی بادی های نوترکیب بیان شده در دانه ذرت به مدت حداقل 6 سال در دمای اتاق نگهداری می شود. و هزینهی نگهداری و توزیع آنها نسبت به پروتئینهایی که در برگ یا میوه تولید میشود، حداقل است . - 3 -

جنبه های علمی کشاورزی مولکولی در ذرت

به واسطهی تکنیک های مهندسی ژنتیک ترکیبات با ارزش تجاری که قبلا از منابع حیوانی ومیکروبی تامین می شدند، امروزه در گیاهان اهلی تولید می شوند. گیاهان تراریخت به عنوان بیورآکتورهای مفید برای تولید ارزان مواد دارویی از جمله واکسن ها، آنتی بادی ها و آنزیم ها عمل می کنند.به این پدیده زراعت مولکولی گفته می شود. تجاری سازی اخیر پروتئین های نوترکیب خالص سازی شده در دانههای ذرت - جدول - 1، پتانسیل این سیستم را برای تولید پروتئین های با مقیاس بالا افزایش داده است 3 - ،. - 2صنعت دارویی برای موج جدیدی از داروهای تولید شده مبنی بر پروتئین پستانداران از جمله آنتی بادی های مونوکلونال و بیان زیر واحدهای پاتوژن به عنوان واکسن بیخطرو مؤثر باعث حفاظت انسان و حیوانات در برابر بیماری میباشد، ایجاد کرده است.

موفقیت واکسن های تولید شده در ذرت، بیان پروتئین ویروس بیماری نیوکاستل - یک ویروس عفونی بوده و رنج وسیعی از پرنده های اهلی و وحشی را به مخاطره می انداخت - در دانه های ذرت وتغذیه جوجه ها با این دانه ها ی حاوی آنتی ژن باعث تولید آنتی بادی در برابر این ویروس شده، می باشد. از مزایای عمده استفاده از ذرت برای تولید آنتی بادی ها، مقیاس اقتصادی آن در نظر گرفته می شود. از آنجا که برای تقاضای جهانی، آنتی بادی ها باید در مقیاس تن تولید شوند، که این امر در سیتم های مبنی بر تخمیر امکان پذیر نمی-باشد. اگرچه آنتی بادی های تولید شده در گیاهان که در آن فقط با چند هکتار ذرت تولید کننده آنتی بادی در دانه نیاز جهانی برآورده میشود. بسیاری از پروتئین های نوترکیب دارویی در ذرت بیان شده اند، که برخی از آنها به مرحلهی تجاری رسیده اند. از جمله آویدین که در ذرت های تراریخت بیان وتوسط شرکت سیگما بفروش میرسد . - 2 -

تولید پروانسولین در ذرت

در بیماران دیابتی وابسته به انسولین، سلول های ی جزایر لانگرهانس پانکراس توانایی تولید انسولین را ندارند و تا سن بلوغ این نوع دیابت بروز میکند. در این نوع دیابت، اغلب غلظت سرمیIGF-1 کم وهورمون رشد زیاد است و درجاتی از مقاومت انسولینی دیده میشود. غلظت سرمی پایین IGF-1 نیز نمی توانداز ترشح هورمون رشد ممانعت کند . هورمون رشد در رابطه با متابولیسم گلوکز و لیپید اثرات مخالف با انسولین دارد، به این ترتیب که تولید گلوکز کبدی را زیاد میکند، از گلوکز موجود در خون استفاده نمیکند و تجزیه ی لیپید ها را افزایش می دهدامروزه 6 درصد از جمعیت جهان به دیابت وابسته به انسولین مبتلا میباشند، که این آمار در ایالت متحده به 5 درصد رسیده است.

متاسفانه، بسیاری از افراد مبتلا به دیابت تمایلی به تزریق انسولین روزانه به دلیل ناراحتی های همراه با تزریق فشرده برای کنترل گلوکز خون ندارند. شکل غیر تزریقی انسولین برای افزایش سازگاری بیمار با درمان توسط انسولین و کاهش خطر بروز عوامل نامطلوب، مناسب میباشد.محققان تا کنون بسیاری از مسیرهای جایگزین برای تجویز انسولین از راه دهان، ترانس درمال و استنشاق از راه بینی را مطالعه کردهاند. این نوع مدیریت به علت عدم جذب انسولین و غلظت کم انسولین سرم خون، سوزش در محل تحویل مؤثر نبوده و همچنان نیاز به یک سیستم مؤثربرای تجویز مناسب و اثر طولانی مدت انسولین وجود دارد.

تولید انسولین در گیاهان بر مسائل مربوط به روش-های تولید فعلی مبنی بر مخمر، باکتری و سلول های کشت شده حیوانی، که فقط مقدار محدودی از از انسولین و پروانسولین1 دردسترس است، همچنین هزینه تولید در این گونه سیستم بالا می باشد، غلبه کرده است. به صورت یک ابتکار برتر پروانسولین یا پروتئین های وابسته به انسولین در گیاهان تک لپه از جمله ذرت بیان می شود. پروتئین های تولید شده در بافت ذرت این مزیت را دارد که به صورت شفاهی به حیوانات داده میشود. پروانسولین از جمله پروتئینهای نوترکیب انسانی تولید شده در ذرت می باشد، پروانسولین یک پیش ساز برای تولید انسولین انسانی است که سپس توسط آنزیم ها به فرم فعال بیولوژیکی انسولین که در درمان دیابت موثر است ، استفاده میشود . - 4 -

تولید آپروتینین در ذرت

آپروتینین یک بازدارندهی پروتئاز سرین است و به عنوان یک ماده درمانی استفاده می شود. آپروتینین تولید شده در ذرت ترانسژنیک، از لحاظ عملکردی و بیوشیمیایی، مشابه آپروتینین طبیعی است و میتواند با کارآیی بالایی از دانهها بازیافت شود . - 5 - در ایالت ویرجینیا، ذرت برای معالجه بیماری Cystic Fibrosis استفاده می شود . این فعالیت ها بیش از یک دهه در حال انجام است، اما این محصول تولید نهایی خود را پشت سر گذاشته و وارد آزمایشات کلینیکی و فرایند تجاری شدن گردیدهاند. تولید واکسن هپاتیت B در ذرت از نمونهی دیگرداروهای زیستی بدست آمده میباشد . - 5 -