بخشی از مقاله
کاربرد بیوراکتورها در تولید مواد دارویی
چکیده
گیاهان دارویی به دلیل تولید متابولیتهاي ثانویه و اهمیت بسیاري که در مصارف پزشکی، صنایع آرایشی و بهداشتی ونیزصنایع غذایی دارند، بسیار مورد توجه هستند. تولید متابولیت ثانویه گیاهی با خصوصیات دارویی در شرایط آزمایشگاهی، فواید زیادي در مقایسه با استخراج این ترکیبات از گیاهان، تحت شرایطدقیقطبیعی دارد.کنترل پارامترهاي مختلف، سبب میشود که کیفیت مواد متابولیت هاي ثانویه در طول زمان تغییر نکند. در حالی که در شرایط طبیعی مرتبا تحت تاثیرشرایط آب و هوایی و آفات است. تحقیقات زیادي در زمینه استفاده از کشتهاي سوسپانسیون و سلولگیاهی براي تولید متابولیتهاي ثانویه صورت گرفته است. از جمله ابزار هایی که براي کشت وسیع سلول هاي گیاهی به کار رفته اند، بیوراکتورها هستند. بیوراکتورها، مهمترین ابزار در تولید تجاري متابولیت-هاي ثانویه از طریق روشهاي بیوتکنولوژیک، محسوب میشوند. بیوراکتورها داراي مزایایی در تولید مواد در بافتهاي گیاهی هستند که باعث ایجاد کنترل بهتر براي تولید انبوه کشت هاي بافت گباهی در جهت تولید ترکیبات زیست فعال، قابلیت تثبیت شرایط در مراحل مختلف کشت سلولی، افزایش جذب مواد غذایی به وسیله شرایط واکشت و افزایش مقدار محصول. تولید گیاه به طور تجاري از طریق کشت جنین و بافت سلولی با استفاده از بیوراکتورها نوید بخش تکثیر صنعتی گیاهان است.ریشه کشت شده در بیوراکتورها قادر به آزادسازي ترکیبات فعال دارویی از جمله داروهاي ضد سرطان از گونههاي مختلف تاکسوس در محیط مایع می باشد که ممکن است در تولید انبوه جهت استفاده هایی دارویی استخراج شود. این مقاله مروري است بر کاربرد مختلف بیوراکتورها در تولید تجاري متابولیت ثانویه میباشد.
کلید واژه: تولید تجاري متابولیتهاي ثانویه، کشت سلولی، بیورآکتورها، گیاهان دارویی
مقدمه
متابولیتهاي ثانویه، مواد آلی شیمیایی پیچیده اي هستند که گیاهان در طول حیات خود تولید مینمایند؛ ولی در رشد و نمو و فعالیتهاي حیاتی آنها نقشی ندارند و عمدتا "به منظور دفع آفات، جذب حشرات گرده افشان و مبارزه با بیماريهاي میکروبی در گیاه تولید میشوند. مواد معطر، مواد موثره دارویی، چاشنیها، شیرین کنندههاي طبیعی، مواد ضد میکروبی، فرمونها، حشره کشها، علف کشها، قارچکشها، هورمونهاي گیاهی و مواد
آللوپاتیک از این جمله میباشند. تولید گیاه به طور تجاري از طریق کشت جنین و بافت سلولی با استفاده از بیوراکتورها نوید بخش تکثیر صنعتی گیاهان است. بیوراکتورها در یک مفهوم بیوشیمیایی توصیف میشوند که محیط ضدعفونی شده به همراه موادغذایی مایع و هواي جریاندار به داخل و سیستم جریاندار به طرف خارج که براي کشت متمرکز طراحی شده است را در بر میگیرد. بعلاوه کنترل شرایط محیطی نظیر (همزدن، هوادهی، دما، اکسیژن ،PH و غیره) نیز امکان پذیر است. سیستمهاي کشت در بیوراکتورها به سه گروه طبقه بندي میشوند: -1بیوراکتورهایی که مادهخشک تولید میکنند (تکثیر جنین یا اندام یا سلول ها، شاخهها یا ریشهها که به عنوان تولید نهایی محسوب میشود). -2 بیوراکتورهایی که براي تولید متابولیتهاي اضافه شده خارجی استفاده میکنند (است پیش ماده در یک مسیر متابولیکی باشد) -3 بیوراکتورهایی که مستقیما متابولیتها و انزیمها را تولید میکنند.استفاده از کشتهاي سلول گیاهی جهت تولید محصولات طبیعی با ارزش مثل مواددارویی، طعمدهنده، موادمعطر موادشیمیایی صورت میگیرد اما مشکلاتی نظیر تولید پایین لاین سلولی، رشد کند، عدم ثبات ژنتیکی و حفظ رشد فتواتوتروفیک، کاربرد کشتهاي سلولی گیاهان را محدود کرده است. متابولیتهاي ثانویه به صورت تجاري با استخراج از گیاهان یا بافت بدست میآیند.کشت بافت گیاهی در سطح وسیع نسبت به روشهاي معمول کشت و زرع جذاب تر و جالب تر است و مزایایی نظیر کنترل مناسب مواد شیمیایی را فراهم میکنند. همچنین عملکرد بالا کیفیت ثابت متابولیتهاي ثانویه از مزیتهاي کشت بافت گیاهی میباشد.
بیوراکتورها در سال 1981 براي اولین بار جهت تکثیر بگوینا استفاده شد. از آن پس به صورت کاربردي براي تعدادي از اندامهاي گیاهی مثل شاخهها، پیازها، پیازچهها،کورم و جنینهاي سوماتیکی مورد استفاده قرار گرفت.
بیوراکتورها گام کلیدي براي تولید تجاري متابولیتهایی ثانویه توسط بیوتکنولوژي میباشد. بیوراکتورها داراي مزایایی به شرح زیر در کشت تودهاي سلولهاي گیاهی میباشد: -1 کنترل شرایط در مقیاس وسیع براي کشتهاي معلق سلولی -2 تنظیم شرایط کشت در مراحل مختلف کار -3 کشت و برداشت آسان، سریع و صرفه جویی در وقت -4 افزایش جذب موادغذایی به علت شرایط کشت که موجب افزایش سطح تکثیر و عملکرد بالاي ترکیبات فعال زیستی میشود. -5 تسهیل در تولید تعداد زیادي از گیاهان( عیوضی، .(1390
نتایج وبحث
بیوراکتور شرایط بهینهاي براي تولید گیاهان در مقیاس بزرگ براي تولید تجاري ارائه میدهد. سیستم بیوراکتور براي براي کشت اندامزایی و جنینزایی چندین گونه گیاهی استفاده شد. مقدار قابل توجهی از Sanguinarine در کشت سوسپانسیون سلولی شقایق Papaver somniferum با استفاده از بیوراکتور تولید شد ( Park et al., .(1992 بافت ریشه Ginseng وقتی در یک بیوراکتور 20 تنی کشت شود 500mgl-1d- 1 ساپونین تولید میکند
که به عنوان یک عملکرد بسیار خوب قابل توجه است. مشخص شده ریشههاي کشت شده در بیوراکتورها ترکیبات فعال دارویی شامل داروي ضد سرطانی جدا شده از گونههايTaxus در محیط مایع بیوراکتور رها میکنند که ممکن استبعداً بطور مداوم جهت آماد سازي دارو استخراج شوند از جمله ترکیباتی که از طریق کشت سلولی و کشت بافت به تولید انبوه رسیده است، داروي ضد سرطان تاکسول است. این دارو که در درمان سرطانهاي سینه و تخمدان بهکار می رود از پوست تنهدرختسرخدار ( Taxus brevilifolia L) )استخراج میگردد .از آنجاییکه تولید تاکسول به دلیل وجود 10 هسته استروئیدي در ساختار شیمیایی آن بسیار مشکل است و جمعیت طبیعی درختان سرخدار نیز براي استخراج این ماده بسیار اندك است، لذا راهکار دیگري را براي تولید تاکسول بایدکار به گرفت. در حال حاضر، براي تولید تاکسول از تکنیک کشت بافت و کشت قارچهایی که بر روي درخت رشد کرده و تاکسول تولید میکنند، استفاده میگردد. سولاسودین (Solasodine) نیز از ترکیبات دیگري است که از طریق کشت سوسپانسیون سلولی گیاه Solanum eleganifoliu بهدست می آید. از جمله متابولیتهاي دیگري که از طریق تکنیک کشت بافت و در مقیاس
