بخشی از مقاله
چکیده
کلشیسین شناخته شدهترین مادهی ضد میتوزی است که برای ایجاد پلیپلوئیدی در گونههای گیاهی و همچنین درمان بیماریهایی مثل نقرس وتب مدیترانهای استفاده میشود. به علت تمایل پایین برای توبولین گیاهان، غلظت بالای کلشیسین برای استفاده در گیاهان لازم است.
آنالیز گیاهان تیمار شده با کلشیسین، تفاوتهای ژنتیکی را نشان میدهد. کلشی سین یک ماده طبیعی سمی و متابولیت ثانویه تولید شده توسط گیاهانی مثل Gloriosa superba و Colchicum autumnale است. فلورژیگانتیک منبع عمده متابولیتهای ثانویه است که اکنون منبع اصلی دادهها، مواد افزودنی غذایی، طعم دهندهها و آفتکشها است.
مقدمه
متابولیتهای ثانویه به دلیل تعامل با اکوسیستم، نقش اساسی در گیاه بازی میکنند. این ترکیبات علاوه بر نقش مهمی که برای خود گیاه بازی میکنند، میتوانند در تهیه داروها، رنگها، طعم دهندهها، اسانسها و حشره کشها مورد استفاده قرار گیرند. متابولیتهای ثانویه گیاهی به علت فعالیتهای بیولوژیک گستردهای که دارند، قرنها در طب سنتی مورد استفاده قرار گرفتهاند.
آلکالوئیدها، گروه مهمی از متابولیتهای ثانویه، دارای طیف متنوعی از ترکیبات نیتروژنی با وزن مولکولی پایین هستند که در بسیاری از گیاهان یافت میشوند و معمولاً فعالیتهای فیزیولوژیک نشان میدهند. گیاهانی که آلکالوئید تولید میکنند برای خواص طبی مورد استفاده بودهاند. بعنوان مثال از جمله آلکالوئیدهای گیاهی میتوان به ضد دردها - مورفین و کدئین - ، محرکها - کافئین و نیکوتینها - ، داروی ضد سرطان اوپن کریستین،وین بلوستین و مشتقات Captothein، شل کننده عضلانی و خواب آورها اشاره نمود.
کلشیسین، آلکالوئید اصلی Colchicum autumnale ، یک آلکالوئید سه حلقهای است که خصوصیات اصلی آن شامل حلقه تری متوکسی فنیل - حلقه - A، یک حلقه با هفت غشاء - حلقه - B با استامید در موقعیت هفتم و یک حلقه تروپولونیک - حلقه - C است. از نظر شیمیایی، کلشی سین دارای فرمول کلی - 22 25 4 - با وزن مولکولی 399/43 و نقطه ذوب - 151-152 - میباشد. کلشی سین پودر زرد کمرنگی است که در تماس با نور به علت ایزومریزاسیون نوری و تشکیلγ - β- ∝ لومی کلشی سین تیره میشود. کلشی سین در آب قابل انحلال است و در کلروفورم، الکل، اتر نیز به راحتی حل میشود.
از جمله نقشهای کلشی سین میتوان به مهار یکی شدن میکروتوبولها، اثرات بیولوژیک عمده شامل دیاپدز کلوسیتها، باز شدن گرانولهای لیزوزومی و مهار تکثیر فیبروبلاستها و انتقال کلاژن به فضای خارج سلولی اشاره نمود. کلشی سین درد ناشی از نقرس را بهبود میبخشد، تولید اینتروتوکسین در بیماران با سیروز صفراوی اولیه را کاهش و در جلوگیری یا درمان آمیلوئیدوز، اسکرودرما و اسکوسیت، لکوسیتوکلاستیک پوستی مزمن استفاده میشود.
کلشیسین با نامهای تجاری مختلف در کشورهای متفاوت به عنوان داروی نقرس در دسترس است. افزایش تقاضا برای کلشیسین باعث جلب توجه به منابع گیاهی شناخته شده برای تولید کلشیسین، منابع جدید آن و راه های تولید آلکالوئید شده است. کلشیسین و ترکیبات مربوط در گونههای مختلفی یافت میشود که از جمله آن میتوان به Colchicum،Littonia ، Gloriosa، Cymbidium و Merendra اشاره نمود.
محصولات ثانویه گیاهی بسته به اثرات آب و هوا، آفتها و بیماریها روی تولید غلات کشورهای تولید کننده تأثیر میگذارد. این امر باعث افزایش تمایل در تولید فرآیندهای بیوتکنولوژیکی برای تولید صنعتی چنین مواد شیمیایی شده است. در هر حال گزارشات اندکی در مورد رویکردهای بیوتکنولوژیکی به منظور تولید بیولوژیک چنین آلکالوئید مهمی وجود دارد. اهمیت تجاری کلشیسین در سالهای اخیر باعث مطالعه گسترده آن توسط بیوتکنولوژیستهای گیاهی برای فرصتهای جدید در مهندسی متابولیسم کلشیسین در گیاهان شده است.
بیوسنتز کلشی سین
بیوسنتر آلکالوئیدها، به صورت ژنتیکی کنترل می شود امّا تحت تأثیر عوامل مختلفی مثل نور، حرارت بالا، استرس و مواد غذایی قرار می گیرد
مطالعات مختلفی اثر تغذیه با مواد معدنی را روی سنتز آلکوئیدها نشان دادهاند. به عنوان نمونه در C .heiro solymitanum نیتروژن، فسفر، پتاسیم، خصوصیات مورفولوژیک و محتوای آلکالوئیدها خاک را بهبود بخشیده است.
طبق نتایج Yoshida و همکاران - 1988 - کلشی سین از فنیل آلانین، تیروزین و میتونین منتشر میشود. androcymbine یک واسطه در مسیر کلشی سین است، لذا استفاده از رویکردهای بیوتکنولوژیک برای بهبود تولید متابولیتهای ثانویه، تبدیل زیستی، پیشسازهای مناسب و تغییر مسیر قابل توجه هستند
اثر سطوح بارورکننده NPK - نیتروژن، فسفر، پتاسیم - روی محتوای کلشی سین در گونه Colchicum در مراحل مختلف رشد توسط کروماتوگرافی ارزیابی شد. نتایج نشان داد افزایش سطوح بارورکنندههای NPK محتوای کلشی سین در بخشها و مراحل مختلف گیاه را بهبود میبخشد.
بالاترین محتوای کلشی سین مشاهده شده در مرحله بلوغ به ترتیب 0/766 میلیگرم/گرم و 0/688 میلیگرم/گرم وزن خشک C. hierosolymitanum و C. tunicatum بوده است. Gloriosa Saperloa یکی از گونههای مهم دنیا به خصوص در آسیا و آفریقا است که آلکالوئید مهم کلشی سین را تولید میکند. در دانهها و شاخهها به میزان 0/7 - درصد تا 0/9 درصد - وجود دارد و مابقی ترکیبات 3 دی متیل - - N داستیل کلشی سین -3 دمتیل کلشی سین - N فرمیل و استیل کلشی سین هستند.
مسمومیت کلشی سین
کلشی سین یک آلکالوئید سمی است که برای استفاده از آن بایستی جوانب احتیاط رعایت شود. بسیار سمی است و خطر سرطان زا بودن در آن متحمل است. دوز زیاد کلشی سین منجر به شروع تأخیری نارسایی چند ارگان میشود و معمولاً کشنده است. دوزهای 7-6 میلی گرم، معمولاً کشنده است. علائم در عرض 4 ساعت قابل مشاهده هستند و مرگ در عرض 4 روز اتفاق میافتد. کلشی سین با دوز 3 میلیگرم خوراکی یک انسان را میکشد. مسمومیت با کلشی سین، شبیه به مسمومیت با آرسینک است. علائم شامل سوزش در دهان و گلو، اسهال، درد شکمی، استفراغ و نارسایی کلیه است.
رویکردهای بیوتکنولوژیک برای تولید کلشی سین
اولین گونه گیاهی استفاده شده برای تولید کلشی سین در آزمایشگاه Colchicum autumnale بود. کشت آن روی محیط Linsmaier and Skoog حاوی 2 و -4 دی کلروفنوکسی استیک اسید - 2,4-D - و Kinetin انجام شد
تولید کلشی سین توسط بافت گیاهی، برای اولین بار توسط Hayashi و همکاران - 1988 - گزارش شد. بافتهای کالوس تمایز یافته از ساقههای در حال جوانه زدن Colchicum autumnale در حضور 2,4.D القا شد. سپس روی محیط MS مایع حاوی ایندول بوتیریک اسید - IBA - و Kinetin کشت داده شد. با جایگزینی IBA با ایندول استیک اسید، کالوس ریشه بیشتری تولید کرد.
اثرات مواد تنظیم کننده رشد و عوامل مغذی بر تشکیل کلشی سین مورد مطالعه قرار گرفت و گزارش شد 30 درصد سوکروز تنها منبع مؤثر کربن برای رشد و تشکیل کلشی سین - وزن تازه حدود 5 میلیگرم/گرم - در C. autumnale میباشد.
طی تحقیق پیش سازهای مختلفی از کلشی سین در کشتهای سوسپانسیون سلول C. autumnale مشاهده شد. فنیل آلانین، تیروزین و متیونین اثری بر تولید کلشیسین نشان ندادند ولی -p کوماریک اسید و تیرامین محتوای کلشی سین را افزایش دادند Yoshida - و همکاران، . - 1988 همچنین مشاهده شد محتوای کلشی سین در کالوس C. hierosolymitamum رشده کرده روی محیط کشت حاوی 0/2 مولار سوکروز بالاترین مقدار بوده است
تولید آزمایشگاهی متابولیتهای ثانویه طبیعی با استفاده از کشت کالوس یا سوسپانسیون گیاهی پروژهای امیدوار کننده است. تولید آزمایشگاهی متابولیتهای ثانویه فواید زیادی دارد که از جمله آنها میتوان به در دسترس بودن ماده گیاهی برای تولید فیتومولکولهای عملکردی در طول سال، درآمدهای بهتر برای پردازش و جداسازی، احتمال تسریع واکنشهای شیمیایی منجر به متابولیتهای ثانویه مفید و حذف مرزهای بالقوه سیاسی و جغرافیایی در برابر تولید غلات اشاره نمود. به علت مشکل جوانه زنی دانه، جوانههای جوان در تکثیر گونههای مختلف Colchicum استفاده میشود. کلشی سین از طریق کشت بافت از کالوسها و سوسپانسیونهای گونههای مختلف از جمله Colchicum و Glorisa ایجاد شده است.
کشت بافت گیاه
سیستم های کشت بافت گیاه معمولاً برای مطالعه مشکلات ساختاری، فیزیولوژیک، بیوشیمی و ژنتیک در گیاهان استفاده میشوند - Torre, . - 1998 تکنیکهای کشت بافت گیاه از پتانسیل زیادی برای تکثیر غلات برخوردارند. کشت بافت گیاهی شامل انواع مختلف کشت از جمله گیاه کامل، جنین، ارگان، کالوس، سوسپانسیون و کشت سلول، کشت پروتوپلاست و کشتهای پلوئید است. اخیراً بسیاری از کشورها تلاش دارند از فواید کشت بافت گیاه برای تولید محصولات گیاهی، متابولیتهای ثانویه با تکثیر فزاینده استفاده کنند
با استفاده از کشت بافت گیاه، هنوز دو چالش تکنیکی عمده وجود دارد که باید با آن روبرو شد. اول اینکه امکان ایجاد پروتکل تکثیر مناسب برای فراهم کردن تعداد زیادی گیاه که از آنها سطوح بالای متابولیتهای ثانویه با ترکیبات مطلوب تولید شود، فراهم باشد. مورد دوم، طراحی یک سیستم بیورآکتور میباشد که از تواناییهای ژنتیکی و بیوشیمی کشت سلول گیاهی برای افزایش سطوح تولید استفاده نماید
فارماکولوژی
کلشی سین پلیمریزاسیون میکروتوبول رابا اتصال به توبولین، یکی از ترکیب های اصلی میکروتوبولها مهار میکند. در دسترس بودن توبولین برای میتوز لازم است و در نتیجه کلشی سین به صورت مؤثر به عنوان »سم میتوزی« یا سم دوک عمل میکند.
