گیاهان از رایانه های کوانتومی استفاده می کنند

ترجمه: سید علیرضا حجازی

مجله علمی دیسکاور به تازگی با اعلام این خبر در وب سایت خود، این گونه ادامه می دهد:

دیدگاه سنتی در رابطه با فتوسنتز این است که انرژی خورشید توسط فوتون ها حمل می شود و از یک کلروفیل به کلروفیل بعدی انتقال می یابد و فرایندی است که در نهایت به ساخته شدن کربوهیدرات های ساده از آب و دی اکسید کربن می انجامد. اما در بهار گذشته گروهی پژوهشی به رهبری گراهام فلمینگ، معاون آزمایشگاه ملی لارنس برکلی گزارش دادند که این فرایند جالبتر از آن چیزی است که به نظر می رسد.

آنها با استفاده از دوربین های مجهز به عدسی های فوق سریع دریافتند که تعامل میان انرژی خورشید و ملکول های کلروفیل در یک باکتری متکی به یک قطعه مکانیکی کوانتومی و مرموز است که با نام ابرجایگاه شناخته شده است. در این قطعه کوانتومی انرژی یک فوتون در آن واحد می تواند به طور موقت به چندین حالت متفاوت یافت شود. این امر به فرایند فتوسنتز امکان می دهد تمامی مسیرهای واکنشی ممکن را در میان ملکول های مختلف کلروفیل بررسی نماید. بدین ترتیب موثرترین روش انتخاب می شود و انرژی از طریق باکتری هم زمان با فروپاشی ابرجایگاه انتقال می یابد.

گرگ انجل، یکی از اعضای تیم فلمینگ می گوید: "این به نوعی مشابه کارکرد رایانه های کوانتومی است و نشان می دهد که محاسبه کوانتومی چگونه کارایی و توانایی خود را برای حل مسایل بسیار پیچیده به شکل باورنکردنی محقق می سازد، زیرا در آن واحد می تواند راه حل های متعددی را محاسبه نماید.

برای مطالعه متن این خبر به زبان انگلیسی بر روی این پیوند کلیک نمایید: متن انگلیسی خبر  

منبع:ictarticle.blogfa.com

زیست‌فناوری

واژه زیست‌فناوری نخستین بار در سال ۱۹۱۹ توسط Karl Ereky به مفهوم کاربرد علوم زیستی و اثر مقابل آن در فناوری‌های ساخت بشر به کار برده شد. به طور کلی هر گونه فعالیت هوشمندانه بشر در خلق، بهبود و عرضه محصولات گوناگون با استفاده از جانداران، بویژه از طریق دستکاری آن‌ها در سطح مولکولی در حیطه این مهم ترین، پاک‌ترین و اقتصادی‌ترین فناوری قرن حاضر، زیست فناوری، قرار می‌‌گیرد. زیست فناوری از جمله واژه‌های پر سرو صدای سالهای اخیر است.این واژه را درست یا نادرست به مفهوم همه چیز برای مردم بکار می‌برند. زیست فناوری را در یک تعریف کلی به کارگیری اندامگان یا ارگانیسم یا فرایندهای زیستی در صنایع تولیدی یا خدماتی دانسته‌اند. تعریف ساده این پدیده نوین عبارت است از دانشی که کاربرد یکپارچه زیست‌شیمی ، میکروب‌شناسی و فناوریهای تولید را در سیستمهای زیستی به دلیل استفاده‌ای که در سرشت بین رشته‌ای علوم دارند مطالعه می‌کنند.در تعریف دیگر زیست فناوری را چنین تشریح کرده‌اند:

فنونی که از موجودات زنده برای ساخت یا تغییر محصولات ، ارتقا کیفی گیاهان یا حیوانات و تغییر صفات میکروارگانیسمها برای کاربردهای ویژه استفاده می‌کند.زیست فناوری به لحاظ خصوصیات ذاتی خود دانشی بین رشته‌ای است. کاربرد اینگونه دانشها در مواردی است که ترکیب ایده‌های حاصل در طی همکاری چند رشته به تبلور قلمرویی با نظام جدید می‌انجامد و زمینه‌ها و روش شناسی خاص خود را دارد و در نهایت حاصل بر هم کنش بخشهای گوناگون زیست شناسی و مهندسی است. زیست فناوری در اصل هسته‌ای مرکزی و دارای دو جزء است: یک جزء آن در پی دستیابی به بهترین کاتالیزور برای یک فرایند یا عملکرد ویژه است و جزء دیگر سیستم یا واکنشگری است که کاتالیزورها در آن عمل می‌کنند.

 پیدایش زیست فناوری

سابقه استفاده از میکروارگانیسمها برای تولید مواد خوراکی نظیر سرکه ، ماست و پنیر به بیش از 8 هزار سال قبل برمی‌گردد. نقش میکروارگانیسمها در تولید الکل و سرکه در قرن پیش زمانی کشف شد که گروهی از بازرگانان فرانسوی در جست و جوی روشی بودند تا از ترش شدن شراب و آبجو ضمن حمل آنها با کشتی به نقاط دور جلوگیری کنند. آنان از لویی پاستور تقاضای کمک کردند.لویی پاستور پی برد که مخمرها در خلا قند را به الکل تبدیل می‌کنند. این فرایند بی هوازی تخمیر نام دارد. و نیزدریافت که ترشیدگی و آلودگی بر اثر فعالیت دسته باکتری اسید استیک که الکل را به سرکه تبدیل می‌کند روی می‌دهد.

 کاربردهای سنتی زیست‌فناوری

کاربردهای سنتی زیست فناوری شامل اصلاح نباتات و دام، تهیه نان، ماست و پنیر بوده است و پس از آن تولید پادزیست‌ها (آنتی بیوتیک ها)، انسولین انسانی و اینترفرون علوم آزمایشگاهی و در حال حاضر با ظهور فناوری DNA نوترکیب، دستکاری ژن‌ها و انتقال ژن از یک موجود زنده به دیگری یا به عبارت دیگر مهندسی ژنتیک، ظرفیت بهره گیری از این فناوری به نحو فزاینده‌ای افزایش یافته است.

در حال حاضر با توجه به افزایش بی رویه جمعیت و نیاز به تأمین مواد غذایی این جمعیت رو به تزاید، زیست‌فناوری کشاورزی مورد توجه خاص می‌‌باشد و محصولات تراریخته گوناگون پرمحصول و مقاوم کشاورزی مانند ذرت، برنج، سویا، گوجه فرنگی، گندم تولید و استفاده از تکنیک‌های نوین زیست‌فناوری در افزایش تولید شیر و گوشت دام موثر واقع شده اند.چطوری؟

تامین سلامت و بهداشت جمعیت بیش از شش میلیاردی ساکنان کره زمین از طریق تولید داروهای نوترکیب و واکسن ها، دستیابی به روش‌های درمان کم هزینه بیماری‌ها و یافتن درمان بیماری‌های لاعلاج و تشخیص سریع تر و مؤثر تر بیماری‌های گوناگون از جمله بیماری‌های ژنتیکی از وظایف زیست فناوری پزشکی است.چه با حال.

همچنین رویکرد جدید به محیط زیست در قرن حاضر و در نظر گرفتن آن به عنوان یک جزء‌ از سرمایه ملی کشورها و لزوم حفظ آن با استفاده از زیست‌فناوری از مهم‌ترین دغدغه‌های بشر در قرن حاضر است. حذف مؤثر آلاینده‌های محیطی خطرناک از محیط زیست با استفاده از میکروارگانیسم‌های پالایشگر آلودگی و استفاده از تکنیک‌های حفظ، نگهداری و حراست از ذخایر ژنتیکی کشور از جمله کاربردهای زیست‌فناوری در زمینه محیط زیست است. کاربردهای زیست‌فناوری در صنعت که مجر به تولید محصولات با صرف هزینه و انرژی کمتر، ضایعات اندک و از همه مهم‌تر، کمترین اثر سوء بر محیط زیست می‌‌شود. باعث شد که از این فناوری به عنوان یکی از پاکترین بخش‌های صنعت یاد شود. زیست‌فناوری همچنین تولید محصولاتی که قبلأ از روش‌های دیگر امکان تولید آن وجود نداشته یا بسیار سخت و دشوار بوده است، ممکن ساخته است.

گوشه هایی از کاربردها و دستاوردهای مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مو

مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در عرصه‌های بسیار متنوع مانند کشاورزی، تغذیه و مواد غذایی، دامپروری، شاخه‌های مختلف علوم پزشکی و صنایع دارویی، صنایع تخمیری، صنایع نظامی، انرژی، محیط‌زیست و بهداشت بشر، استفاده‌های بسیار ارزشمندی پیدا کرده است. دکتر محمدرضا نوری دلویی، استاد گروه ژنتیک پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران، در این مقاله ضمن اشاره مختصر به برخی از کاربردها و توانایی‌های اقتصادی مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در زمینه‌های گوناگون پزشکی، کشاورزی و صنعت، چند دستاورد مهم آن پیرامون ژن‌درمانی، طرح بین‌المللی ژنوم انسان، سرطان، تولید جانوران و گیاهان ترانس‌ژنیک (مهندسی ژنتیک ‌شده) و شبیه‌سازی یا همسانه‌سازی موجودات را نیز بیان می‌نماید: اینکه بیوتکنولوژی جدید برای بشر راه‌حل‌های بی‌شماری ارائه می‌کند، مطلبی کاملاً درست است. در تاریخ علوم تجربی، پژوهش‌های بیوتکنولوژی را می‌توان از معدود مواردی دانست که در آن تحقیقات بنیادی به سرعت به سطح کاربردی می‌رسند. در چنین بستری، موفقیت نهایی در بیوتکنولوژی و حصول دستاوردهای بی‌شمار اقتصادی آن، به پیشرفت واقعی در مبانی علوم تجربی و رشته‌های علوم پایه بستگی تام دارد. از این‌رو سرمایه‌گذاری شایسته در علوم مذکور، اساس پیشرفت و توسعه تمام علوم و فنون روز از جمله بیوتکنولوژی خواهد بود. بیوتکنولوژی گذشته از پتانسیل‌های قابل توجه نوع سنتی آن که عمری معادل تمدن بشری دارد، توانسته است با تکیه بر اصول جدید مهندسی ژنتیک و علوم وابسته، در طی حداکثر سه دهه اخیر، توانایی‌ها و قابلیت‌های بسیار متنوع و ارزشمندی را در عرصه‌های مختلف به نمایش گذارد. این تأثیرگذاری‌ها گاه تا حدی بوده است که به جرأت می‌توان ادعا کرد پیشرفت‌های بزرگ بشر در دست‌یابی به بسیاری از موفقیت‌های علوم زیستی، مرهون اصول مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی است. در ادامه به گوشه‌هایی از این کاربردها اشاره می‌شود:

1- بیوتکنولوژی و علوم پزشکی

کاربرد بیوتکنولوژی در زمینة علوم پزشکی و دارویی، موضوعات بسیار گسترده‌ای مانند ابداع روش‌های کاملاً جدید برای "تشخیص مولکولی مکانیسم‌های بیماری‌زایی و گشایش سرفصل جدیدی به نام پزشکی مولکولی"، "امکان تشخیص پیش از تولد بیماری‌ها و پس از آن"، "ژن‌‌درمانی و کنار گذاشتن (نسبی) برخورد معلولی با بیمار و بیماری"، "تولید داروها و واکسن‌های نوترکیب و جدید"، "ساخت کیت‌های تشخیصی"، "ایجاد میکروارگانیسم‌های دست‌کاری شده برای کاربردهای خاص"، "تولید پادتن‌های تک‌دودمانی (منوکلونال)" و غیره را در بر می‌گیرد.

امروزه برای تشخیص‌های دقیق، پیشگیری، درمان اساسی بیماری‌ها و در واقع سلامت و بهداشت جوامع ظاهراً راه دیگری جز پزشکی مولکولی به‌نظر نمی‌رسد. جدول شماره 1، برخی از مزایای کاربرد روش‌های تشخیص مولکولی را که به مدد مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی در خدمت بهداشت بشر قرار گرفته‌اند نشان می‌دهد:



در ادامه، به چند نمونه از دستاوردهای مهم مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در علوم پزشکی، که تحولات بسیار بزرگی را در عرصه‌های مختلف زندگی بشر بوجود آورده یا خواهد آورد، اشاره می‌شود:

1-1- ژن درمانی (Gene Therapy)

بسیاری از صاحب‌نظران از سدة حاضر به‌عنوان سدة مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی یاد می‌کنند. به اعتقاد بسیاری از دانشمندان، تولد ژن‌‌درمانی در اوایل دهه 1990، یک رخداد بزرگ و انقلابی بود که چشم‌انداز جدیدی را در عرصه پزشکی مولکولی ایجاد کرد؛ زیرا برای نخستین بار در تاریخ علوم زیستی، کاربرد روش‌ها و فنون بسیار حساس و جدید جهت انتقال ژن‌های سالم به درون سلول‌های بدن و تصحیح و درمان ژن‌های جهش‌یافته و معیوب، پنجره‌ای نو به سوی مبارزه جدی، اساسی و علّی (نه معلولی و در سطح فرآورده‌های ژنی) با بسیاری از بیماری‌ها گشوده است. ژن‌درمانی، در واقع انتقال مواد ژنتیکی به درون سلول‌های یک موجود برای مقاصد درمانی می‌باشد که به روش‌های متفاوت و متنوع (فیزیکی، شیمیایی و زیستی) صورت می‌گیرد.

کشف بسیاری از ژن‌های بیماری‌زای مهم در آینده‌ نزدیک، کاربرد روش‌های متنوع و بی‌سابقه غربال‌سازی ژنتیکی و پیشگویی‌های بسیار دقیق پیرامون تعیین سرنوشت جنین از نظر بیماری‌های ژنتیک پیش و پس از تولد، از دیگر قابلیت‌های مهندسی ژنتیک و ژن‌درمانی است. پژوهشگران با انجام تحقیقات گسترده بر بسیاری از محدودیت‌های موجود در زمینه ژن‌درمانی فائق آمده‌اند. همچنین در زمینه هدف‌گیری بسیار اختصاصی سلول و انتقال ژن یا DNAی برهنه به درون آن- به عنوان دارو- پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده است.

علیرغم اینکه در حال حاضر ژن‌درمانی، روشی پرهزینه بوده و به فنون پیشرفته و تخصصی نیاز دارد، اما به‌زودی از این روش در مورد طیف بسیار وسیعی از بیماری‌ها استفاده خواهد شد. همچنین شواهد فزآینده‌ و امیدبخشی وجود دارد که استفاده از روش‌های پزشکی مولکولی، در آینده‌ای نه چندان دور و در مقایسه با وضع کنونی، صدها بار هزینه‌های درمانی را نیز کاهش خواهد داد.

1-2- طرح بین‌المللی ژنوم انسان (IHGP)

پروژه بین‌المللی ژنوم انسان، یکی از مهم‌ترین و عظیم‌ترین طرح‌های تحقیقاتی زیست‌شناسی عصر حاضر است که با رمزگشایی از ژنوم انسان، گره‌های بی‌شماری را گشوده و قله‌های متعددی را فتح کرده است. این طرح که انجام آن، مولود پیشرفت‌ها و اطلاعات جدید محققان در عرصه مهندسی ژنتیک است، در آینده‌ای نزدیک، تحولات عمیق و غیره‌منتظره‌ای را در علوم پزشکی به‌وجود خواهد آورد. طرح بین‌المللی ژنوم انسان را می‌توان نقطه عطفی در تاریخ علوم زیستی به‌ویژه مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی به حساب آورد. در جداول‌ 2 و 3، خلاصه شماری از اطلاعات مهم درباره این طرح ارایه شده است
:

1-3- شناسایی مکانیسم‌های مولکولی پیدایش سرطان

امروزه از رهگذر به‌کارگیری مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی، این پرسش که سرطان چگونه ایجاد می‌شود؟، دیگر جزء اسرار ناشناخته علمی به حساب نمی‌آید. در خلال دو دهة اخیر، پژوهشگران با استفاده از روش‌های مولکولی و نتایج حاصل از مطالعاتی مانند طرح رمزگشایی از ژنوم انسان، به پیشرفت‌های خیره‌کننده‌ای در شناسایی علل و مراحل مولکولی پیدایش سرطان دست یافته‌اند که در آینده نزدیک، به روش‌های انقلابی در مسیر درمان آن منجر خواهد شد. با آنکه هنوز هیچ‌کس قادر نیست زمان دقیق غلبه کامل بر سرطان را پیش‌گویی کند، اما چشم‌انداز آن بسیار نویدبخش است.

در این راستا، تلاش‌های گسترده‌ای برای درمان سرطان با استفاده از روش‌های ژن‌‌درمانی (مانند انتقال ژن‌های بازدارندة سرطان به درون سلول‌ها) به طور فزاینده‌ای در حال افزایش است. مهار ژن‌هایی که بیشتر از اندازه طبیعی تکثیر یا بیان شده‌اند (مانند آنکوژنهای فعال‌شده) و جایگزینی یک ژن ناقص یا حذف‌شده از جمله راهبردهای این روش درمانی به حساب می‌آیند.

اخیراً پژوهشگران امریکایی نوعی ویروس "هوشمند" را طراحی کرده‌اند که بتواند در درون سلول‌های سرطانی، تکثیر شده و تمام سلول‌های بدخیم را در بدن از بین ببرد، اما به سلول‌های سالم آسیبی نرساند. نتایج به دست آمده از این شیوة جدید، روی موش‌های الگو موفقیت‌آمیز بوده و توانسته است حدود 60 درصد از سلول‌های سرطانی را نابود سازد.

شماری از شرکت‌های دارویی جهان نیز با تکیه بر فرآیندها و قابلیت‌های بیوتکنولوژی مولکولی، بر روی طراحی داروها و عوامل درمانی مناسب جهت توقف ماشین تکثیر بی‌رویه سلولی (سرطان) فعالیت می‌کنند.

بی‌شک انجام این پژوهش‌ها، که در آینده‌ای نزدیک به نتایج مفیدی برای درمان شماری از سرطان‌های انسانی منجر خواهد شد، بدون بکارگیری اصول و فنون مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی میسر نمی‌بود.

1-4- شبیه‌سازی (Cloning)

از دیگر موضوعات بسیار مهم روز در زمینه مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی، که ارتباط تنگاتنگی با علوم پزشکی داشته و احتمالاً در آینده منشأ تحولات بزرگی در این زمینه خواهد بود، بحث کلون‌سازی (همانندسازی یا شبیه‌سازی) یا تکثیر غیرجنسی سلول‌ها است؛ که طی آن با همانندسازی از روی سلول بالغ یک موجود زنده، نسخه‌ای مشابه موجود اولیه ساخته می‌شود.

شایان ذکر است که نخستین موفقیت انسان در کلون‌سازی یک پستاندار بالغ (گوسفند دالی) در سال 1996 توسط یان ‌ویلموت‌ انگلیسی و همکاران وی در مؤسسه راسلین (ادینبر، اسکاتلند) با انتقال هستة یک سلول سوماتیک (غیرجنسی) به‌درون سیتوپلاسم یک اووسیت (سلول جنسی ماده) که هسته‌اش خارج شده بود، به دست آمد.

به طور کلی، محققان علم ژنتیک و بیوتکنولوژیست‌های مولکولی اعتقاد دارند که تلاش‌های آنها در این زمینه‌، می‌تواند به کاربردهای بسیار ارزشمندی در زمینه‌های پزشکی، کشاورزی و مانند آن‌ها منجر شود.

البته علیرغم بحث‌های بسیار جدی که در مورد سوء استفاده‌های احتمالی از مقوله شبیه‌سازی و عواقب زیستی و اخلاقی آن در دنیا وجود دارد، خوشبختانه اعتقاد اکثریت قابل توجهی از صاحب‌نظران امر که با درک مسئولیت خطیر انسانی خود، به پژوهش‌های متنوع و گسترده مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی در عرصه پزشکی مولکولی مشغولند، این است که تحقیقات مذکور باید تنها برای مقاصد پیشگیری، تشخیص و درمان اساسی بیماری‌ها به کار رفته شود.

2- بیوتکنولوژی مولکولی و صنعت

در سال‌های اخیر، بیوتکنولوژی مولکولی در صنایع گوناگون جایگاه منحصر به فردی پیدا کرده است. امروزه در برخی از معادن دنیا، استخراج و بازیافت کانی‌های پرارزشی مانند طلا، نقره، مس و اورانیوم به کمک میکروارگانیسم‌ها و با روش‌های زیستی (Bioleaching) صورت می‌گیرد. تولید صنعتی بسیاری از اسیدهای آلی مانند اسید سیتریک، اسید استیک و اسید لاکتیک و همچنین تولید روغن‌هایی با ترکیبات اسیدهای چرب ویژه که دارای ارزش بالایی در صنایع غذایی و مواد پاک‌کننده هستند، از دیگر زمینه‌های حضور فعال بیوتکنولوژی در صنعت است.

علاوه بر این، به اعتقاد بسیاری از صاحب‌نظران، یکی از عرصه‌های بسیار حیاتی بیوتکنولوژی، در "صنایع آنزیمی" است؛ چراکه به جرأت می‌توان ادعا کرد بدون استفاده از فرآیندهای بیوتکنولوژیک و طراحی سویه‌های میکروبی مهندسی ژنتیک شده، پیشرفت‌های بزرگ بشر در زمینه تولید انبوه آنزیم‌ها و بیوکاتالیست‌های بسیار با ارزش و متنوع که به‌عنوان مواد مادر در صنایع گوناگون غذایی، شیمیایی، سلولزی، نفت، تولید شوینده‌ها و غیره به کار می‌روند، تقریباً غیرممکن و دور از دسترس بود.

تولید پلاستیک‌های قابل تجزیه (Green Plastics)، تولید انرژی‌های تجدید‌پذیر با استفاده از بیومس (Biomass)، طراحی و تولید ساختارهای نانومتری (Nanostructures) جدید مثل بیوترانزیستورها، بیوچیپ‌ها و پلیمرهای پروتئینی با استفاده از روش‌های مهندسی پروتئین، بکارگیری روش‌های بیوتکنولوژی در افزایش بازیافت و سولفورزدایی نفت خام و پاکسازی آلودگی‌های زیست‌محیطی به کمک فرآیندهای زیستی، از دیگر عرصه‌های نوین و با ارزش بیوتکنولوژی در صنعت و محیط زیست به شمار می‌روند.

3- بیوتکنولوژی و کشاورزی

رشد فزآینده جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای مواد غذایی در دهه‌های اخیر موجب شد تا در زمینة علوم کشاورزی و مواد غذایی شاهد یک گذر جدی و اجتناب‌ناپذیر از کشاورزی سنتی به کشاورزی پیشرفته و بکارگیری روش‌های نوین بیوتکنولوژی در تولید محصولات زراعی و دامی باشیم. همانگونه که می‌دانیم، گیاهان، اصلی‌ترین و مهمترین منابع تجدیدشونده جهان هستند که علاوه بر تأمین غذای آدمی و حیوانات، نیازهای غیرتغذیه‌ای، شیمیایی و صنعتی هم توسط آنها مرتفع می‌گردد. به همین دلیل، کاربرد روش‌های مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی برای افزایش کمی و کیفی محصولات از یک سو و کاهش هزینه‌ها و زمان تولید از سوی دیگر، استفاده از این روش‌ها در شاخه‌های گوناگون کشاورزی را بسیار ارزشمند کرده است.

3-1- تولید گیاهان تراریخته

به‌کارگیری روش‌ها و فنون مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی به طور جدی از سال 1983 آغاز و روندی به شدت رو به رشد را به ویژه در قلمرو اصلاح گیاهان زراعی استراتژیک، طی کرد. پیشرفت در این حوزه، فوق‌العاده چشمگیر است. به‌طوریکه در مدتی کمتر از هشت سال، سطح زیر کشت گیاهان دست‌ورزی شده ژنتیکی (Transgenic)، وسعتی بالغ بر 60 میلیون هکتار از اراضی کشاورزی جهان را به خود اختصاص داد. به این ترتیب، مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی به منظور تأمین امنیت غذایی جمعیت رو به رشد جهان وارد عمل شده و مواد غذایی دستکاری شده ژنتیک (GMOs) به تدریج وارد بازار شد.

در سال 1986 نخستین آزمایش‌های مزرعه‌ای، با تنباکوی تراریخته، در امریکا و فرانسه صورت گرفت. چین نخستین کشوری بود که در سال 1990، تولیدگیاهان تراریخته (تنباکو) را به شکل تجاری آغاز کرد. امریکا، دومین کشوری بود که در سال 1994، گیاه تراریخته گوجه‌فرنگی را به شکل تجارتی تولید نمود. پس از آن، در فاصله سال‌های 1995 تا 1996، 35 گیاه تراریخته تولید شد که حدود 80 درصد آن‌ها مربوط به دو کشور امریکا و کانادا بودند. تا سال 1999، بین 25 تا 45 درصد تولید برخی از محصولات اصلی زراعی (ذرت، سویا و غیره) در امریکا، با استفاده از گیاهان تراریخته صورت می‌گرفت. درحال حاضر، حداقل 25 درصد از سطح زیر کشت ذرت تراریخته و 40 درصد از سطح زیرکشت سویای تراریختة جهان در امریکاست.

وارد کردن ژن‌های فراوان (مربوط به صفات مختلف) به ده‌ها گونه گیاهی مانند گندم، جو، گوجه‌فرنگی، ذرت، سیب زمینی، سویا، پنبه، مارچوبه، تنباکو و چغندرقند جهت اصلاح یا بهبود فرآورده‌های کشاورزی، امکان تغییر ژنتیکی در راه‌های بیوسنتزی گیاهان برای تولید انبوه موادی مانند روغن‌های خوراکی، موم‌ها، چربی‌ها و نشاسته‌ها که در شرایط عادی به میزان بسیار جزیی تولید می‌شوند و کنترل آفات زیستی، تنها نمونه‌های کوچکی از کاربردهای گسترده گیاهان ترانس‌ژنی (تراریخته) را شامل می‌شوند. اطلاعات بیشتر در این زمینه در جدول شماره 4 ارایه شده است.

احیای مراتع و جنگل‌ها و حفظ تنوع گونه‌های گیاهی و جانوری در مناطق کویری و بیابانی از دیگر عرصه‌های کشاورزی است که با کمک بیوتکنولوژی روند سریع‌تری یافته است. برای مثال، بیوتکنولوژیست‌ها با شناسایی، تکثیر و پرورش گونه‌های واجد ژن‌های مقاومت به نمک، گیاهان مقاومی مانند کاکتوس‌ها، کاج و سرو اصلاح شده‌ای را تولید کرده‌اند که قابلیت رشد و تکثیر در مناطق سخت بیابانی را پیدا کرده‌اند. همچنین به کمک روش‌های بیوتکنولوژی، از جلبک‌ها و گل‌ولای موجود در دریاها، ترکیبات و کودهای زیستی سودمندی را برای حاصلخیزی زمین‌های کشاورزی تولید می‌کنند.

3-2- تولید جانوران ترانس‌ژنیک

تولید جانوران دست‌ورزی شده (ترانس‌ژنیک) نیز از دیگر دستاوردهای بسیار مهم بیوتکنولوژی و ژنتیک جدید در عرصه علوم زیستی است که اهداف‌ ارزشمندی را دنبال می‌کند.

جانور ترانس‌ژن علاوه بر ما‌دة ژنتیکی خود، واجد مقداری مادة ژنتیکی اضافی با منشا خارجی می‌گردد. این جانور باید قادر باشد که ژن بیگانه را به نسل‌های بعدی انتقال دهد. امروزه روش‌های متعددی برای ایجاد جانوران ترانس‌ژنیک ابداع شده است.

چنانچه اشاره شد، جانوران ترانس‌ژنی کاربردهای ارزشمند فراوانی به‌ویژه از جنبه‌های اقتصادی دارند که در جدول شماره 5 به برخی از آنها اشاره شده است
.

4- برخی از جنبه‌های اقتصادی مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی

بیوتکنولوژی از جمله تکنولوژی‌های نوین است که به‌عنوان یک ابزار مناسب و قدرتمند برای دستیابی به توسعة پایدار به‌شمار می‌آید. بنابراین در جهان امروز، توجه به توانمندی‌ها و قابلیت‌های بی‌شمار این صنعت، به‌ویژه در کشورهای کمتر توسعه‌یافته و فقیر، می‌تواند از جمله عوامل مهم در پیشرفت اقتصادی و رسیدن به رفاه اجتماعی بالاتر، محسوب گردد. برای آنکه جایگاه و نقش کلیدی مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در عرصه‌های اقتصادی زندگی بشر به‌ویژه در زمینه‌های بهداشت و سلامت و تأمین غذای انسان، اندکی روشن‌تر شود، برخی از جنبه‌های اقتصادی، سرمایه‌گذاری و تولید در عرصه بیوتکنولوژی در جدول شماره 6 ارایه شده است
:

منابع:

1- نوری دلوئی، محمدرضا، خسروی نیا، سامیه و مجیدفر، فرهت (ترجمه همراه با اضافات)، فرهنگ مهندسی ژنتیک (نویسنده اصلی: اولیور، استفن و وارد، جان، ام)، انتشارات مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک و تکنولوژی زیستی، چاپ اول، پاییز 1373.

2- نوری دلوئی، محمدرضا، خسروی نیا، سامیه، سامانی، امیر عباس، مجیدفر، فرزان (ترجمه)، آموزش بیوتکنولوژی در مدارس (انتشارات یونسکو، سند شماره 39)، انتشارات مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک و تکنولوژی زیستی، چاپ اول، پاییز 1373.

3-طباطبایی، مجتبی، نوری دلوئی، محمدرضا، و تقی بیگلو، چنگیز (ترجمه)، بیوتکنولوژی مولکولی (نویسنده اصلی: پرایمز. اس. بی)، انتشارات مرکز ملی تحقیقات مهندسی ژنتیک و تکنولوژی زیستی، چاپ اول، زمستان 1372،

4- نوری دلوئی، محمدرضا و نوروزی، آذین، جایگزینی ژن نشانه‌گیری شده، قسمت اول، مجله رازی، شرکت پخش رازی، سال ششم، شماره 9، مهرماه 1374، صفحات 38-26.

5- نوری دلوئی، محمدرضا و نوروزی، آذین، جایگزینی ژن نشانه‌گیری شده، قسمت دوم، مجله رازی، شرکت پخش رازی، سال ششم، شماره 10، آبانماه 1374، صفحات 32-24.

6- نوری دلوئی، محمدرضا، نظری بر حال و آینده مهندسی ژنتیک وپزشکی مولکولی، مجله نبض، سال چهارم، شماره 10، تیر ماه 1374، صفحات 8-4.

7- نوری دلوئی، محمدرضا، فخر طباطبایی، سید محمد و رضوی دلیکانی، محمدرضا، مروری نقادانه بر واقعه مهم زیست‌شناسی مولکولی عصر حاضر: DNAی نوترکیب، مجله رشد تخصصی آموزش زیست‌شناسی، وزارت آموزش و پرورش، سال نهم، شماره مسلسل 37، بهار 1375، صفحات 8-4.

8- نوری دلوئی، محمدرضا و نوروزی، آذین، وارد‌سازی مولکول DNA به درون سلول، گزیده‌ای از تازه‌های پزشکی، سال دوم، شماره 2، دیماه 1375، صفحات 137-131.

9- نوری دلوئی، محمدرضا و فریور، شیرین، ژنتیک مولکولی و ژن درمانی در مبتلایان به کره هانتیگتون، مجله رازی، شرکت پخش رازی، سال نهم، شماره 3، فروردین 1377، صفحات 53-44.

10-نوری دلوئی، محمدرضا و فریور، شیرین، ژنتیک مولکولی و ژن درمانی در مبتلایان به دیستروفی ماهیچه‌ای دوشن، مجله رازی، شرکت پخش رازی، سال 9، شماره 4، اردیبهشت 1377، صفحات30-8.

11- نوری دلوئی، محمدرضا و حسینی، مونا، ژنتیک مولکولی، ژن درمانی و چشم اندازهای آن در بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال، مجله طب و تزکیه، وزارت بهداشت درمان و آموزش پزشکی، شماره 30، پاییز 1377، صفحات 80-57 (مقاله بازآموزی).

12- نوری دلوئی، محمدرضا، مهندسی ژنتیک، بیوتکنولوژی و جهان اسلام، امید، اولین نشریه علوم پایه پزشکی دانشگاه‌های علوم پزشکی کشور، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات بهداشتی درمانی مشهد، شماره 6 و 7، پاییز و زمستان 1377، صفحات 38-31.

13- نوری دلوئی، محمدرضا و حسینی، مونا، ژنتیک مولکولی، ژن درمانی و چشم اندازهای آن در بیماران مبتلا به ملانومای بدخیم، قسمت اول، مجله طب و تزکیه، وزارت بهداشت درمان و آموزش پزشکی، شماره 33، تابستان 1378، صفحات 71-63.

14- نوری دلوئی، محمدرضا و حسینی، مونا، ژنتیک مولکولی، ژن درمانی و چشم اندازهای آن در بیماران مبتلا به ملانومای بدخیم، قسمت دوم، مجله طب و تزکیه، وزارت بهداشت درمان و آموزش پزشکی، شماره 34، پاییز 1378، صفحات 71-60.

15- نوری دلوئی، محمدرضا و نیک‌پور، برزو، ژن درمانی در سرطان و پیشرفت‌های آن، مجله رازی، شرکت پخش رازی، سال دهم، شماره 5، خرداد 1378، صفحات 28-9.

16- نوری دلویی، محمدرضا و محمودی، ماندانا، ژنتیک مولکولی و ژن درمانی در مبتلایان به هموفیلی، مجله رازی، شرکت پخش رازی، سال یازدهم، شماره 3، فروردین 1379، صفحات 100-98 و 21-6.

1. Berg P. and Singer M. (1992) Dealing with Genes. Blackwell, Scientific Publications.

2. Brown T.A. (1995) Gene Cloning, An Introduction, 3th Ed. Chapman and Hall.

3. Brown T.A. (1999) Genomes, First Ed. BIOS Scientific Publishers.

4. Campbell K.H.S., MC Whir J. Ritchie W.A. & Wilmut I. (1996) Sheep cloned by Nuclear Transfer from a cultured cell line. Nature, 380: 64-66.

5. Clive J. and Krattiger (1996) “Global review of the field testing and commericalization of transgenic plant: 1986 to 1995, the first decade of biotechnology”. ISAAA Briefs, 1: 1-31.

6. Connor J.M. and Ferguson-Smith M. (1997) Essential Medical Genetics. 5th Ed. Blackwell Scientific Publications.

7. Emery A.E. and Rimon David L. (1997) Principle and practive of medical genetics. 3th Ed. Pearon Professional Limited.

8. Fischer J. (2001) Scientists have finally cloned a human embryo, U.S. News and World report Inc

9. Gardner A. et al. (2000) Human Genetics, 1st Ed. Arnold press.

10. Glick B.R. and Posternak J.J. (1994) Molecular Biotechnology: Priciples and applicatons of recombinant DNA. Ontario, Canada, ASM Press.

11. Griffithi, Anthony J.F. et al. (1999) Modern Genetic Analysis, 2ed Ed. W.H. Freeman and company.

12. Griffithi, Anthony J.F. et al. (2000) An introduction to genetic Analysis, 7th Ed. W.H.Freeman.

13. Harper P.S. (1998) Practical Genetic Counseling, Fifth Ed. Butter Worth Heinemann.

14. Hartl Daniel L. and Jones Elizabeth W. (2001). Genetics, an analysis of genes and genomes, 5th Ed. Jones and Barlett Publishers.

15. Hoffee Patrica A. (1998) Medical Molecular Genetics, 1st Ed. Fence Greek publishing.

16. Kresina Thomas F. (2001) Molecular medicine and gene therapy. Wiley Liss.

17. James C. (1999) Global review of commeralized transgenic crops. ISAAA.

18. Lander Eric S. et al. (2001) Initial sequencing and analysis of the human genom. Nature, 409: 861-921.

19. Lewin B. (2000) Genes VII. Oxford University Press.

20. Macdonald F. and Ford C.H.J. (1997) Molecular biology of Cancer, BIOS Scientific Publishers.

21. Margolis J. and Duyk G. (1998) The emerging role of the genomics revolution in agricultural biotechnology. Nature Biotech., 16: 311.

22. Moses V. and Cape R.E. (1991) Biotechnology: The science and business, New York: Harwood Academic Publishers.

23. Russell Peter J. (1998) Genetics. 5th Ed. An imprint of Addison Wesley Longman, Inc.

24. Sasson A. (1993) Biotechnologies in developing countries: Present and future, vol. 1. Regional and national survey, Paris, UNESCO publishing.

25. Singer M. and Berg P. (1991) Genes and Genomes: a changing prespective, University Science Books and Blackwell Scientific Publications.

26. Timberlake W.E. (1998) Agricultural genomics comes of age. Nature Biotech. 16: 116-117.

27. Wadman M. (1997) Cloning for research should be allowed. Nature, 388-396.

28. Wilmut I., Schnieke A.E., et al. (1997) Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature, 385: 810-813.

29. Somasekhar M. (2001) Dolly; Polly, and …GM and cloning back with bang. [On-line] Availabile on the www: http//www.hind ubusinessline.com/2001/01/17/stories/041467so.htm.

30. Wilmut I., Compbell K., Tudge C. (2001) the second creation: Dolly and the ago of biological control. [On-line] Availabile on the www: http//www.2think.org/dolly.shtml.

31. Zinnen T.M. (2001) cloning and transgenic animals: the influence of technical confluences. [On-line] Availabile on the www: http//www.accessexcellence.com/AB/BA/cosestudy4.html.

32. The cloning of Dolly and mammals (2000). [On-line] Availabile on the www: http//www.biology.iupui.edu/biocourses/Bio1540/16cloning2K.html.

33. Frequently asked questiones relating to cloning and transgenic animals (2001). [On-line] Availabile on the www: http//enzymes.novo.dk/home/environment/loqa.asp.

منبع:http://bio.itan.ir/?ID=107

پتانسیل بیوتکنولوژی در افزایش بهره‌وری از گیاهان دارویی

نویسنده : مهدی رهایی

مقدمه

سابقة‌ استفاده از گیاهان دارویی به زمان‌های بسیار دور برمی‌گردد؛ به‌طوری‌که حتی در کتب قدیمی مانند انجیل و کتاب مقدس باستانی هند (ودا)، استفاده از برخی گیاهان در درمان بیماری‌ها توصیه شده است. اما قدمت استفاده از گیاهان دارویی، به‌معنی روند رو به کاهش آن در دنیای مدرن امروزی نیست. امروزه در جوامع صنعتی و در بسیاری از کشورهای پیشرفته و درحال توسعه، استفاده از طب سنتی و گیاهان دارویی برای حفظ سلامتی، به‌دلیل افزایش اعتماد مردم به استفاده از این گیاهان، بسیار چشمگیر است.

طبق برآوردی که توسط سازمان بهداشت جهانی ( WHO ) صورت گرفته است، بیش از 80 درصد مردم جهان (نزدیک به 5 میلیارد نفر)‌، برای درمان بیماری‌ها هنوز از داروهای گیاهی استفاده می‌کنند. تقریباً یک چهارم داروهای تهیه‌شدة‌ دنیا دارای منشأ گیاهی هستند که یا مستقیماً از گیاهان عصاره‌گیری شده‌اند و یا بر اساس ترکیب گیاهی،‌ مدوله و سنتز شده‌اند. کار بر روی طب سنتی و استفاده از گیاهان دارویی، در سراسر جهان و به‌خصوص هند، ژاپن، پاکستان، سریلانکا و تایلند در دست انجام می‌باشد. در اروپا و در کشورهایی از قبیل آلبانی، بلغارستان، کرواسی، فرانسه، آلمان، مجارستان، هلند، اسپانیا و انگلستان و همچنین ترکیه، حدود 1500 گونه از گیاهان دارویی و معطر مورد استفاده قرار گرفته و در حدود 1400 محصول گیاهی در اروپا و ایالات متحده تولید می‌شود. در حدود 25 درصد از داروهای تجویزشده در ایالات متحده، حاوی حداقل یک ترکیب فعال گیاهی هستند. در چین، فروش داروهای سنتی در طول 5 سال اخیر دو برابر شده است. در هند نیز صادرات گیاهان دارویی نسبت به سال‌های قبل سه برابر شده است. تعداد زیادی از فرآورده‌های دارویی مشهور از گیاهان بدست می‌آیند. مثلاٌ، معمول‌ترین مسکن، یعنی (آسپرین)‌ از گونه‌های Salix (بید) و Spiraea به‌دست می‌آید. همچنین داروهای ضد سرطانی چون Paclitaxel و Vinblastine فقط از منابع گیاهی حاصل می‌شوند.

بنابراین استفاده از روش‌های بیوتکنولوژیک به‌منظور تکثیر و افزایش توان ژنتیکی گیاهان دارویی و همچنین شناسایی سریع‌تر و دقیق‌تر ژنوتیپ‌هایی که فرآوردة بیشتری تولید می‌کنند، می‌تواند بسیار مفید و از لحاظ تجاری سودآور باشد. در مطلب حاضر، روش‌های مختلف بیوتکنولوژیک که می‌توانند در زمینة افزایش بهره‌وری گیاهان دارویی به‌کار روند معرفی خواهند شد.

1- کاربردهای " کشت بافت " در زمینة گیاهان دارویی

یکی از بخش‌های مهم بیوتکنولوژی "کشت بافت" است که کاربردهای مختلف آن در زمینة گیاهان دارویی، از جنبه‌های مختلفی قابل بررسی است:

1-1- باززایی در شرایط آزمایشگاهی ( In-Vitro Regeneration ):

تکثیر گیاهان در شرایط آزمایشگاهی، روشی بسیار مفید جهت تولید داروهای گیاهی باکیفیت است. روش‌های مختلفی برای تکثیر در آزمایشگاه وجود دارد که از جملة‌ آنها، ریزازدیادی است. ریزازدیادی فواید زیادی نسبت به روش‌های سنتی تکثیر دارد. با ریزازدیادی می‌توان نرخ تکثیر را بالا برد و مواد گیاهی عاری از پاتوژن تولید کرد. گزارش‌های زیادی در ارتباط با بکارگیری تکنیک " کشت بافت " جهت تکثیر گیاهان دارویی وجود دارد. با این روش برای ایجاد کلون‌های گیاهی از تیرة لاله در مدت 120 روز بیش از 400 گیاه کوچک همگن و یک شکل گرفته شد که 90 درصد آنها به رشد معمولی خود ادامه دادند. برای اصلاح گل انگشتانه، از نظر صفات ساختاری، مقدار بیوماس، میزان مواد مؤثره و غیره با مشکلات زیادی مواجه خواهیم شد ولی با تکثیر رویشی این گیاه از راه کشت بافت و سلول، می‌توان بر آن مشکلات غلبه نمود. چنان‌که مؤسسة گیاهان دارویی بوداکالاز در مجارستان از راه کشت بافت و سلول گل انگشتانه موسوم به آکسفورد، توانست پایه‌هایی کاملاٌ همگن و یک شکل از گیاه مذکور به‌دست آورد. از جملة گیاهان دیگر می‌توان موارد زیر را نام برد:

Catharanthus roseus, Cinchona ledgeriana, Digitalis spp, Rehmannia glutinosa, Rauvolfia serpentina, Isoplexis canariensis

1-2- باززایی از طریق جنین‌‌زایی سوماتیک (غیرجنسی):

تولید و توسعة مؤثر جنین‌های سوماتیک، پیش‌نیازی برای تولید گیاهان در سطح تجاری است. جنین‌زایی سوماتیک فرآیندی است که طی آن گروهی از سلول‌ها یا بافت‌های سوماتیک، جنین‌های سوماتیک تشکیل می‌دهند. این جنین‌ها شبیه جنین‌های زیگوتی (جنین‌های حاصل از لقاح جنسی) هستند و در محیط کشت مناسب می‌توانند به نهال تبدیل شوند. باززایی گیاهان با استفاده از جنین‌زایی سوماتیک از یک سلول، در بسیاری از گونه‌های گیاهان دارویی به اثبات رسیده است. بنابراین در این حالت با توجه به پتانسیل متفاوت سلول‌های مختلف در تولید یک ترکیب دارویی، می‌توان گیاهانی با ویژگی برتر نسبت به گیاه اولیه تولید نمود. ازجمله گیاهان دارویی که توانسته‌اند از آنها جنین سوماتیک به‌دست آورند، می‌توان موارد زیر را بیان نمود:

Podophyllum hexandrum , Bunium persicum, Acacia catechu , Aesculus hippocastanum and Psoralea corylifolia

1-3- حفاظت گونه‌های گیاهان دارویی از طریق نگهداری در سرما:

با تکیه بر کشت بافت و سلول می‌توان برای نگهداری کالتیوارهای مورد نظر در بانک ژن یا برای نگهداری طولانی مدت اندام‌های تکثیر گیاه در محیط نیتروژن مایع، اقدام نمود. نگهداری در سرما، یک تکنیک مفید جهت حفاظت از کشت‌های سلولی در شرایط آزمایشگاهی است. در این روش با استفاده از نیتروژن مایع (196- درجه سانتی‌گراد) فرآیند تقسیم سلولی و سایر فرآیندهای متابولیکی و بیوشیمیایی متوقف شده و در نتیجه می‌توان بافت یا سلول گیاهی را مدت زمان بیشتری نگهداری و حفظ نمود. با توجه به اینکه می‌توان از کشت‌های نگهداری شده در سرما، گیاه کامل باززایی کرد، لذا این تکنیک می‌تواند روشی مفید جهت حفاظت از گیاهان دارویی در معرض انقراض باشد. مثلاً بر اساس گزارشات منتشر شده، روش نگهداری در سرما، روشی مؤثر جهت نگهداری کشت‌های سلولی گیاهان دارویی تولیدکنندة آلکالوئید همچون Rauvollfia serpentine , D. lanalta , A. belladonna , Hyoscyamus spp . است. این تکنیک، می‌تواند جهت نگهداری طیفی از بافت‌های گیاهی چون مریستم‌ها، بساک و دانة گرده، جنین، کالوس و پروتوپلاست به‌کار رود. تنها محدودیت این روش، مشکل دسترسی به نیتروژن مایع است.

1-4- تولید متابولیت‌های ثانویه از گیاهان دارویی:

از لحاظ تاریخی، اگرچه تکنیک " کشت بافت " برای اولین بار، در سال‌های 1940-1939 در مورد گیاهان به‌کار گرفته‌شد، ولی در سال 1956 بود که یک شرکت دارویی در کشور آمریکا ( Pfizer Inc ) اولین پتنت را در مورد تولید متابولیت‌ها با استفاده از کشت توده‌ای سلول‌ها منتشر کرد. کول و استابو (1967) و هبل و همکاران (1968) توانستند مقادیر بیشتری از ترکیبات ویسناجین ( Visnagin ) و دیوسجنین ( Diosgenin ) را با استفاده از کشت بافت نسبت به حالت طبیعی (استخراج از گیاه کامل) به‌‌دست آورند. گیاهان، منبع بسیاری از مواد شیمیایی هستند که به‌عنوان ترکیب دارویی مصرف می‌شوند. فرآورده‌های حاصل از متابولیسم ثانویه گیاهی ( Secondary Metabolite ) جزو گرانبهاترین ترکیب شیمیایی گیاهی ( Phytochemical ) هستند. با استفاد از کشت بافت می‌توان متابولیت‌های ثانویه را در شرایط آزمایشگاهی تولید نمود. لازم به‌ذکر است که متابولیت‌های ثانویه، دسته‌ای از مواد شامل اسیدهای پیچیده، لاکتون‌ها، فلاونوئیدها و آنتوسیانین‌ها هستند که به‌صورت عصاره یا پودرهای گیاهی در درمان بسیاری از بیماری‌های شایع به‌کار برده می‌شوند.

1-4-1-راهکارهای افزایش متابولیت‌های ثانویه گیاهی از طریق کشت بافت

1- استفاده از محرک‌های ( Elicitors ) زنده و غیر زنده‌ای که می‌توانند مسیرهای متابولیکی سنتز متابولیت‌های ثانویه را تحت تأثیر قرار داده و میزان تولید آنها را افزایش دهند. لازم به‌ذکر است که این محرک‌ها در شرایط طبیعی نیز بر گیاه تأثیر گذاشته و باعث تولید یک متابولیت خاص می‌شوند.

2- افزودن ترکیب اولیة ( Precursor ) مناسب به محیط‌کشت، با این دیدگاه که تولید محصول نهایی در نتیجه وجود این ترکیبات در محیط‌کشت، القاء شود.

3- افزایش تولید یک متابولیت ثانویه در اثر ایجاد ژنوتیپ‌های جدیدی که از طریق امتزاج پروتوپلاست یا مهندسی ژنتیک، به‌دست می‌آیند.

4- استفاده از مواد موتاژن جهت ایجاد واریته‌های پربازده

5- کشت بافت ریشة گیاهان دارویی (ریشه، نسبت به بافت‌های گیاهی دیگر، پتانسیل بیشتری جهت تولید متابولیت‌های ثانویه دارد)

1-4-2- مثال‌ها

مثال‌های قابل ذکر آنقدر زیاد است که تصور می‌شود هر ماده‌ای با منشاء گیاهی، از جمله، متابولیت‌های ثانویه را می‌توان به‌وسیلة کشت‌های سلولی تولید کرد: از جمله ترکیباتی که از طریق کشت سلولی و کشت بافت به تولید انبوه رسیده است،‌ داروی ضد سرطان تاکسول است. این دارو که در درمان سرطان‌های سینه و تخمدان به‌کار می‌رود از پوست تنه درخت سرخدار ( Taxus brevilifolia L. ) استخراج می‌گردد. از آنجایی‌که تولید تاکسول به‌دلیل وجود 10 هستة استروئیدی در ساختار شیمیایی آن بسیار مشکل است و جمعیت طبیعی درختان سرخدار نیز برای استخراج این ماده بسیار اندک است، لذا راهکار دیگری را برای تولید تاکسول باید به‌کار گرفت. در حال حاضر، برای تولید تاکسول از تکنیک کشت بافت و کشت قارچ‌هایی که بر روی درخت رشد کرده و تاکسول تولید می‌کنند،‌ استفاده می‌گردد.

سولاسودین ( Solasodine ) نیز از ترکیبات دیگری است که از طریق کشت سوسپانسیون سلولی گیاه Solanum eleganifoliu به‌دست می‌آید. از جمله متابولیت‌های دیگری که از طریق تکنیک کشت بافت و در مقیاس تجاری تولید می‌شود، شیکونین ( Shikonin ) (رنگی با خاصیت ضد حساسیت و ضد باکتری) است. مثال‌های زیر گویای کارایی تکنیک کشت بافت در تولید متابولیت‌های ثانویه است.

تولید آلکالوئید پیرولیزیدین ( Pyrolizidine ) از کشت بافت ریشة Senecio sp ، سفالین ( Cephaelin ) و امتین ( Emetine ) از کشت کالوس Cephaelis ipecacuanha ، آلکالوئید کوئینولین ( Quinoline ) از کشت سوسپانسیون سلولی Cinchona ledgerione و افزایش بیوسنتز آلکالوئیدهای ایندولی با استفاده از کشت سوسپانسیون سلولی گیاه

1-4-3- استفاده از بیورآکتورها در تولید صنعتی متابولیت‌های ثانویه

تولید متابولیت ثانویة گیاهی با خصوصیات دارویی در شرایط آزمایشگاهی، فواید زیادی در مقایسه با استخراج این ترکیبات از گیاهان، تحت شرایط طبیعی دارد. کنترل دقیق پارامترهای مختلف، سبب می‌شود که کیفیت مواد حاصل در طول زمان تغییر نکند. درحالی که در شرایط طبیعی مرتباٌ تحت تأثیر شرایط آب و هوایی و آفات است. تحقیقات زیادی در زمینة استفاده از کشت‌های سوسپانسیون و سلول گیاهی برای تولید متابولیت‌های ثانویه صورت گرفته است. از جمله ابزارهایی که برای کشت وسیع سلول‌های گیاهی به‌کار رفته‌اند، بیورآکتورها هستند. بیورآکتورها، مهمترین ابزار در تولید تجاری متابولیت‌های ثانویه از طریق روش‌های بیوتکنولوژیک، محسوب می‌شوند.

مزایای استفاده از بیورآکتورها در کشت انبوه سلول‌های گیاهی عبارتند از:

1- کنترل بهتر و دقیق‌تر شرایط خاص مورد نیاز برای تولید صنعتی ترکیبات فعال زیستی از طریق کشت سوسپانسیون سلولی

2- امکان تثبیت شرایط در طول مراحل مختلف کشت سلولی در بیورآکتور

3- جابجایی و حمل‌ونقل آسان‌تر کشت (مثلاً، برداشتن مایه‌کوبه در این حالت راحت است)

4- با توجه به اینکه در شرایط کشت سوسپانسیون، جذب مواد غذایی به‌وسیلة سلول‌ها افزایش می‌یابد، لذا نرخ تکثیر سلول‌ها زیاد شده و به‌تبع آن میزان محصول (ترکیب فعال زیستی) بیشتر می‌شود.

5- در این حال، گیاهچه‌ها به آسانی تولید و ازدیاد می‌شوند.

سیستم بیورآکتور برای کشت‌های جنین‌زا و ارگانزای چندین گونة گیاهی به‌کار رفته است که از آن‌جمله می‌توان به تولید مقادیر زیادی سانگئینارین ( sanguinarine ) از کشت سوسپانسیون سلولی Papaver somniferum با استفاده از بیورآکتور، اشاره کرد. با توجه به اینکه بیورآکتورها، شرایط بهینه را برای تولید متابولیت‌های ثانویه از سلول‌های گیاهی فراهم می‌آورند، لذا تغییرات زیادی در جهت بهینه‌سازی این سیستم‌ها، برای تولید مواد با ارزش دارویی (با منشأ گیاهی) همچون جینسنوساید ( ginsenoside ) و شیکونین صورت گرفته است.

2- مهندسی ژنتیک

شاخة بعدی بیوتکنولوژی که در زمینة گیاهان دارویی کاربردهای فراوانی دارد، "مهندسی ژنتیک" است. پیشرفت‌های اخیر در زمینة ژنتیک گیاهی و تکنولوژی DNA نوترکیب، کمک شایانی به بهبود و تقویت تحقیقات در زمینة بیوسنتز متابولیت‌های ثانویه کرده است. قسمت اعظمی از تحقیقات در زمینة متابولیت‌های ثانویه، به‌روی شناسایی و دستکاری ژنتیکی آنزیم‌های دخیل در مسیر متابولیکی سنتز یک متابولیت ثانویه، متمرکز شده‌است. ابزار طبیعی که در فرآیند مهندسی ژنتیک و در اکثر گونه‌های گیاهی و بخصوص گیاهان دولپه به‌کار می‌رود، یک باکتری خاکزی به‌نام آگروباکتریوم ( Agrobacterium ) است. گونه‌های مختلف این باکتری، مهندسان طبیعی هستند که بیماری‌های‌ تومور گال طوقه‌ ( Crown Gall Tumour ) و ریشة مویی ( Hairy Root ) را در گیاهان سبب می‌شوند. تحقیقات نشان داده‌است که ریشه‌های مویی تولید شده به‌وسیلة گونه‌ای از این باکتری به‌نام‌ A. rhizogenes ‌، بافتی مناسب برای تولید متابولیت ثانویه هستند. به علت پایداری و تولید زیاد این بافت‌ها در شرایط کشت عاری از هورمون، تاکنون گونه‌های دارویی زیادی با استفاده از این باکتری تغییر یافته‌اند. که از آن جمله می‌توان به کشت ریشة‌ مویی گیاه دارویی Artemisia annua ‌ به‌منظور تولید ترکیب دارویی فعال، اشاره کرد.

بنابراین می‌توان دید که مهندسی ژنتیک می‌تواند به‌عنوان ابزاری قدرتمند جهت تولید متابولیت‌های ثانویة جدید و همچنین افزایش مقدار متابولیت‌های ثانویه موجود در یک گیاه به‌کار رود.

3- نشانگرهای مولکولی

بخش مهم بعدی دارای کاربرد فراوان در حوزة گیاهان دارویی، "نشانگرهای مولکولی" است. قبل از اینکه به موارد کاربرد نشانگرهای مولکولی پرداخته شود، لازم است دلایل لزوم استفاده از نشانگرهای مولکولی در زمینة گیاهان دارویی ذکر شود:

3-1- دلایل استفاده از نشانگرهای مولکولی در زمینة گیاهان دارویی:

فاکتورهایی همچون خاک و‌ شرایط آب و هوایی، بقای یک گونة خاص و همچنین محتوای ترکیب دارویی این گیاه را تحت تأثیر قرار می‌دهند. در چنین حالاتی علاوه بر اینکه بین ژنوتیپ‌های مختلف یک گونه تفاوت دیده می‌شود از لحاظ ترکیب دارویی فعال نیز با هم فرق می‌کنند. در هنگام استفادة تجاری، از این گیاه دو فاکتور، کیفیت نهایی داروی استحصالی از این گیاه را تحت تأثیر قرار می‌دهند:

1- تغییر محتوای یک ترکیب دارویی خاص در گیاه مورد نظر

2- اشتباه گرفتن یک ترکیب دارویی خاص با اثر کمتر که از گیاهان دیگر به‌دست آمده است. به‌جای ترکیب دارویی اصلی که از گیاه اصلی به‌دست می‌آید.

چنین تفاوت‌هایی، مشکلات زیادی را در تعیین و تشخیص گیاهان دارویی خاص، با استفاده از روش‌های سنتی (مرفولوژیکی و میکروسکوپی)، به‌دنبال خواهد داشت. برای روشن‌شدن موضوع به مثال زیر توجه کنید:

کوئینون یک ترکیب دارویی است که از پوست درخت سینکونا ( cinchona ) به‌دست می‌آید. پوست درختان سینکونا که در جلگه‌ها کشت شده‌اند، حاوی کوئیونی است که از لحاظ دارویی فعال است. گونه‌های مشابهی از این درخت وجود دارند که به‌روی تپه‌ها و زمین‌های شیبدار رشد می‌کنند و از لحاظ مرفولوژیکی (شکل ظاهری) مشابه گونه‌هایی هستند که در جلگه‌ها رشد می‌کنند، اما در این گونه‌ها کوئیون فعال وجود ندارد.

در طول دهه‌های گذشته، ابزارهایی که برای استانداردسازی داروهای گیاهی به‌وجود آمده‌اند، شامل ارزیابی ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک و همچنین تعیین نیمرخ شیمیایی ( Chemoprofiling ) مواد گیاهی بوده‌اند. قابل ذکر است که نیمرخ شیمیایی، الگوی شیمیایی ویژه‌ای برای یک گیاه است که از تجزیة عصارة‌ آن گیاه به‌وسیلة تکنیک‌هایی چون TLC و HPTLC و HPLC ‌ به‌دست آمده است. ارزیابی ماکروسکوپیک مواد گیاهی نیز بر اساس پارامترهایی چون شکل، اندازه، رنگ، بافت،‌ خصوصیات سطح گیاه، مزه و غیره صورت می‌گیرد. علاوه بر این، بسیاری از تکنیک‌های آنالیز، همچون آنالیز حجمی ( Volumetric Analysis )، کروماتوگرافی گازی ( Gas Chromatography )، کروماتوگرافی ستونی ( Column Chromatography ) و روش‌های اسپکتروفتومتریک نیز برای کنترل کیفی و استانداردسازی مواد دارویی گیاهی، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

گرچه در روش‌های فوق، اطلاعات زیادی در مورد یک گیاه دارویی و ترکیبات دارویی موجود در آن فراهم آید، ولی مشکلات زیادی نیز به‌همراه دارد. مثلاً برای اینکه یک ترکیب شیمیایی به‌عنوان یک نشانگر ( Marker ) جهت شناسایی یک گیاه دارویی خاص، مورد استفاده قرار گیرد، باید مختص همان‌گونة گیاهی خاص باشد، در حالی‌که همة گیاهان دارویی، دارای یک ترکیب شیمیایی منحصربه‌فرد نیستند. همچنین بین بسیاری از مولکول‌های شیمیایی که به‌عنوان نشانگر و یا ترکیب دارویی خاص مدنظر هستند، هم‌پوشانی معنی‌داری وجود دارد؛ این موضوع در مورد ترکیبات فنولی و استرولی حادتر است.

یکی از عوامل مهم دیگری که استفاده از نیمرخ شیمیایی را محدود می‌سازد، ابهام در داده‌های حاصل از انگشت‌نگاری شیمیایی ( Chemical Fingerprinting ) است. این ابهام، در اثر تجمع مواد مصنوعی در پروفیل شیمیایی حادث می‌شود. علاوه بر این، فاکتورهای دیگری، پروفیل شیمیایی یک گیاه را تغییر می‌دهند. که از جمله این فاکتورها می‌توان فاکتورهای درونی چون عوامل ژنتیکی و فاکتورهای برونی چون کشت، برداشت، خشک‌کردن و شرایط انبارداری گیاهان دارویی را ذکر نمود. مطالعات شیموتاکسونومیکی (طبقه‌بندی گیاهان بر اساس ترکیبات شیمیایی موجود در گیاه) که به‌طور معمول در آزمایشگاه‌های مختلف استفاده می‌شوند، تنها می‌توانند به‌عنوان معیار کیفی در مورد متابولیت‌های ثانویه، مورد استفاده قرار می‌گیرند و برای تعیین کمی این ترکیبات، استفاده از نشانگرهای ویژه (شیمیایی) که به‌کمک آن به آسانی بتوان گونه‌های گیاهان دارویی را از یکدیگر تشخیص داد، یک الزام است.‌ در این رابطه، همان‌طور که در فوق ذکر شد، در هرگیاه یک نشانگر منحصر به فرد را نمی‌توان یافت.

مشکلی که در شناسایی گونه‌های گیاهان دارویی با استفاده از صفات مرفولوژیک وجود دارد، وجود نام‌های گیاهشناسی متفاوت در مورد یک گیاه در نواحی مختلف جهان است. در این حالت ممکن است گونه‌های گیاهان دارویی نادر و مفید، با گونه‌های دیگری که از لحاظ مرفولوژیکی به گیاه اصلی شبیه‌اند، اشتباه فرض شوند.

بنابراین، با توجه به مشکلات موجود در زمینة شناسایی گیاهان دارویی با استفاده از روش‌های سنتی و با توجه به پیشرفت محققین در زمینة ایجاد نشانگرهای DNA ‌،‌ استفاده از این تکنیک‌های نوین می‌تواند ابزاری قدرتمند در استفاده کارا از گونه‌های مؤثر دارویی محسوب شود. از جمله مزایای این نشانگرها، عدم وابستگی به سن و شرایط فیزیولوژیکی و محیطی گیاه دارویی است. پروفیلی که از انگشت نگاری DNA ‌ یک گیاه دارویی به‌دست می‌آید، کاملاً به همان گونه اختصاص دارد. همچنین برای استخراج DNA به‌عنوان مادة آزمایشی در آزمایشات نشانگرهای مولکولی، علاوه بر بافت تازه، می‌توان از بافت خشک نیز استفاده نمود و از این رو، شکل فیزیکی نمونه برای ارزیابی آن گونه، اهمیت ندارد. نشانگرهای مختلفی بدین منظور ایجاد شده‌اند که از آن جمله می‌توان به روش‌های مبتنی بر هیبریداسیون (مانند RFLP )، روش‌های مبتنی بر RCR (مانند AFLP )‌ و روش‌های مبتنی بر توالی‌یابی (مانند ITS ) اشاره کرد.

3-2- برخی موارد کاربرد نشانگرهای DNA در زمینة گیاهان دارویی:

3-2-1- ارزیابی تنوع ژنتیکی و تعیین ژنوتیپ ( Genotyping ):

تحقیقات نشان داده است که شرایط جغرافیایی،‌ مواد دارویی فعال گیاهان دارویی را از لحاظ کمی و کیفی، تحت تأثیر قرار می‌دهد. بر پایة تحقیقات انجام شده، عوامل محیطی محل رویش گیاهان دارویی در سه محور زیر بر آنها تاثیر می‌گذارد:

1- تاثیر بر مقدار کل مادة مؤثرة گیاهان دارویی

2- تاثیر بر عناصر تشکیل دهندة مواد مؤثره

3- تاثیر بر مقدار تولید وزن خشک گیاه

عوامل محیطی که تاثیر بسیار عمده‌ای بر کمیت و کیفیت مواد مؤثرة آنها می‌گذارد عبارتنداز نور، درجه حرارت، آبیاری و ارتفاع محل. بنابراین نیاز است که به‌دقت این موضوع مورد بررسی قرار گیرد. به این خاطر، بسیاری از محققین، تأثیر تنوع جغرافیایی بر گیاهان دارویی را از لحاظ تغییرات در سطوح مولکول DNA (ژنتیک) مطالعه نموده‌اند. این برآوردها از تنوع ژنتیکی می‌تواند در طراحی برنامه‌های اصلاحی گیاهان دارویی و همچنین مدیریت و حفاظت از ژرم‌پلاسم آنها به‌کار رود. از جمله گیاهان دارویی که از نشانگرهای مولکولی، برای ارزیابی تنوع ژنتیکی در ژرم‌پلاسم آنها استفاده شده است می‌توان موارد زیر را نام برد:

Taxus wallichiana , neem, Juniperus communis L., Codonopsis pilosula , Allium schoenoprasum L., Andrographis paniculata

3-2-2- شناسایی دقیق گیاهان دارویی

از نشانگرهای DNA می‌توان برای شناسایی دقیق گونه‌های گیاهان دارویی مهم، استفاده کرد. اهمیت استفاده از این نشانگرها، به‌ویژه در مورد گونه‌ها و یا واریته‌هایی که از لحاظ مرفولوژیکی و فیتوشیمیایی به هم شبیهند، دوچندان می‌شود. گاهی ممکن است بر اثر اصلاح گیاهان دارویی کالتیوارهایی به‌وجود آید که هر چند از نظر ظاهر با سایر افراد آن‌گونه تفاوتی ندارد ولی از نظر کمیت و کیفیت مواد مؤثره اختلاف‌های زیادی با آنها داشته باشد. در این حالت اصلاح‌کنندگان چنین گیاهانی باید تمام مشخصات آن کالتیوار را از نظر خصوصیات مواد مؤثره ارایه دهند که شناسایی و معرفی خصوصیات مذکور مستلزم صرف هزینه و زمان زیاد از نظر کسب اطلاعات گسترده دربارة فرآیندهای متابولیسمی گیاه مربوطه است. به‌علاوه امکان تغییرپذیری وضعیت تولید و تراوش مواد مؤثره در مراحل مختلف رویش گیاه همواره باید مورد نظر اصلاح‌کننده قرار داشته‌باشد. به‌عنوان مثال، از نشانگرهای RAPD و PBR برای شناسایی دقیق گونة P.ginseng در بین جمعیت‌های جینسنگ ( ginseng ) استفاده شده است. همچنین برخی از محققین از یک راهکار جدید به‌نام DALP ( Direct Amplification of Length Polymorphism ) برای شناسایی دقیق Panax ginseng و Panax quinquefolius استفاده کرده‌اند.

">

3-2-3- انتخاب کیموتایپ‌های ( Chemotypes ) مناسب به‌کمک نشانگر

علاوه بر شناسایی دقیق گونه‌ها، پیش‌بینی غلظت مادة شیمیایی فعال گیاهی ( Active Phytochemical ) نیز برای کنترل کیفی یک گیاه دارویی مهم است . شناسایی نشانگرهای ( DNA QTL ) که با مقدار آن ترکیب دارویی خاص همبستگی دارند، می‌تواند جهت کنترل کیفی و کمی مواد خام گیاهی، مؤثر واقع شود. لازم به‌ذکر است که تنها تفاوت بین کیموتایپ‌های مختلف، مقدار مادة شیمیایی فعال آنها است. همچنین، پروفیل‌های حاصل از نشانگرهای DNA می‌توانند جهت تعیین روابط فیلوژنتیکی (خویشاوندی)‌ بین کیموتایپ‌های مختلف یک گونه گیاه دارویی به‌کار روند. در سال‌های اخیر مطالعات زیادی به‌منظور تعیین رابطة بین نشانگرهای DNA و تنوعات کمی وکیفی ترکیبات فعال دارویی در بین گونه‌ها و خویشاوندان نزدیک گیاهان دارویی، صورت گرفته و یا در حال انجام است. از طرفی، به‌کارگیری توأم تکنیک‌های مولکولی و تکنیک‌های آنالیزی دیگر، چون TLC و HPLC ، می‌تواند شناخت ما را نسبت به یک گونة دارویی خاص و به تبع آن کنترل کیفی و کمی ترکیب دارویی مورد نظر در سطح صنعتی، افزایش دهد. به‌عنوان مثال بررسی تنوع ژنتیکی Artemisia annua ، به‌عنوان منبع ترکیب ضد ملاریای آرتمیزینین ( artemisinin )، نشان می‌دهد که ژنوتیپ‌های این گیاه در سراسر هند، از لحاظ محتوای این ترکیب (مقدار مادة مؤثرة آرتمزینین)، تنوع نشان می‌دهند. این بررسی با استفاده از نشانگر RAPD (یک نوع نشانگر DNA ) صورت گرفته است.

3-2-4- اصلاح گیاهان دارویی

اگرچه کاشت گیاهان دارویی به هزاران سال پیش باز می‌گردد ولی باید گفت که در مورد اصلاح آنها تاکنون پیشرفت قابل ملاحظه‌ای صورت نگرفته است و در حال حاضر، تعداد کالتیوارهای مفید به‌دست آمده بر اثر اصلاح گیاهان دارویی اندک است. هدف از اصلاح گیاهان دارویی، افزایش کمیت و کیفیت آن دسته از مواد مؤثره در این گیاهان است که در صنایع دارویی از اهمیت خاصی برخوردار هستند. در سال‌های اخیر توجه خاصی از جانب سازمان‌های مختلف در کشورهای جهان در ارتباط با اصلاح این گیاهان صورت گرفته است. در این رابطه، استفاده از نتایج حاصل از انگشت‌نگاری ( fingerprinting ) مولکولی گیاهان دارویی، می‌تواند محققین را در پیشبرد اهداف اصلاحی این گیاهان یاری نماید. از جمله صفات اصلاحی در گیاهان دارویی می‌توان موارد زیر را نام برد:

مقاومت به آفات و بیماری‌ها، سرعت رشد و نمو اندام محتوی مادة مؤثره (مثلاٌ زودرس بودن میوه)، دوام کافی اندام مذکور از نظر استحصال (مثلاٌ زود نریختن میوه و باقی ماندن آن در گیاه به مدت کافی)، هماهنگی و همزمانی رشد و نمو اندام‌های مورد استحصال (مثلاٌ رسیده شدن همزمان تمامی میوه‌ها و با هم نبودن میوه‌های کال و رسیده)، قابل جمع‌آوری بودن محصول با ماشین، فقدان اعضای مزاحم استحصال چون خارهای موجود در ساقه، برگ، میوه و غیره. علاوه بر اینها، در کشت گیاهان دارویی می‌توان به تولید انبوه محصول اندامی که محتوی مقادیر بسیار کم از ماده مؤثرة خاصی است، یا (به‌عکس) به تولید کمتر از انبوه اندامی که همان مادة مؤثره را بیشتر تراوش می‌دهد توجه نمود.

به‌عنوان مثال، مشخص شده است که نشانگرهای ISSR-PCR ، تکنیکی مؤثر و کارا برای شناسایی گیاهچه‌های زیگوتی (گیاهچه‌های حاصل از تلاقی جنسی) در تلاقی‌های بین‌پلوئیدی در مرکبات است.

3-2-5- استفاده از نشانگرها در زمینة غذاداروها ( Nutraceutical ):

تاکنون نشانگرهای مولکولی مبتنی بر DNA در طیف وسیعی از مطالعات مربوط به گیاهان زراعی خوارکی استفاده شده‌اند. این موارد استفاده، شامل مطالعة تنوع ژنتیکی، شناسایی ارقام، مطالعات اصلاحی،‌ شناسایی ژن‌های مقاومت به بیماری،‌ شناسایی محل ژن‌های صفات کمی ( QTL )، آنالیز تنوع ژرم‌پلاسم خارجی، شناسایی جنسی گیاهان دوپایه و آنالیز فیلوژنتیک (روابط خویشاوندی) و غیره هستند. اخیراٌ در نقاط مختلف جهان، استفاده از این نشانگرها در زمینة غذاداروها رایج شده است. مثلاً، بر اساس قوانین اتحادیه اروپا، مبنی بر برچسب‌گذاری ( Labeling ) غذاها و محصولات تغییر یافتة ژنتیکی ( GMO )، چندین کشور اروپایی همچون آلمان و سوئیس، روش‌های مبتنی بر RCR را برای شناسایی و تعیین کمی این گونه غذاها، در سطح کشور خود توسعه داده‌اند. همچنین کشور ایرلند، مؤسسه‌ای را برای شناسایی فرآورده‌های تغییر یافتة ژنتیکی فاقد مجوز که در بازارهای بین‌المللی وارد شده‌اند و به‌طور اخص برای تعیین ذرت تغییر یافتة‌ ژنتیکی با استفاده از تکنیک PCR ،‌ تأسیس نموده است.

4- پتانسیل اقتصادی گیاهان دارویی

طبق برآوردهای صورت گرفته در سال‌های اخیر، ارزش بازارهای جهانی داروهای گیاهی که شامل گیاهان دارویی و فرآورده‌های آنهاست، همواره با رشد قابل توجهی روبه افزایش بوده است. با توجه به اینکه بخش اعظم بازار گیاهان دارویی دنیا، به تولید و عرضة متابولیت‌های ثانویة مشتق از این گیاهان مربوط می‌شود، لذا در این مقاله سعی شده است به اهمیت‌ اقتصادی این ترکیبات پرداخته شود. متابولیت‌‌های ثانویه معمولاً از ارزش افزودة بسیار بالایی برخوردار هستند. به‌طوری‌که ارزش فروش برخی از این ترکیبات مانند شیکونین، دیجیتوکسین ( Digitoxin ) و عطرهایی همچون روغن جاسمین ( Jasmin )، از چند دلار تا چند هزار دلار به ازای هر کیلوگرم تغییر می‌‌کند. همچنین قیمت هر گرم از داروهای ضد سرطان گیاهی مانند وین‌بلاستین ( Vinblastin )، وین‌کریستین ( Vincristin )، آجمالیسین ( Ajmalicine ) و تاکسول ( Taxol ) به چند هزار دلار می‌‌رسد. همان‌طور که قبلاٌ اشاره شد، تاکسول یکی از ترکیبات دارویی است که از پوست درخت سرخدار به‌دست می‌آید و در درمان سرطان‌های سینه و تخمدان مورد استفاده قرار می‌گیرد. آزمایش‌های متعددی برای بررسی اثر این دارو بر روی انواع دیگر سرطان‌ها مانند سرطان خون، غدد لنفاوی، ریه، روده بزرگ، سر و گردن و غیره در دست انجام است. طبق گزارش اعلام شده از سوی سازمان هلال احمر ایران، میزان ارز تخصیص یافته برای خرید هر گرم تاکسول تا 5/2 میلیون تومان نیز رسیده است. از آنجایی‌که رشد این درخت به‌کندی صورت می‌گیرد و منابع دسترسی به این گیاه محدود بوده و برای درمان یک بیمار سرطانی، حدود 28 کیلوگرم از پوست درخت سرخدار لازم است (مقدار مذکور، معادل پوست سه درخت یکصدساله است) ، لذا تولید این دارو به‌روش استخراج از پوست درخت، مقرون به‌صرفه نیست. به همین دلیل در حال حاضر، این متابولیت را با استفاده از روش کشت‌ سلولی‌ و در شرایط آزمایشگاهی تولید می‌نمایند. با این روش، تولید یک گرم از داروی تاکسول حدود 250 دلار هزینه دارد، در حالی‌که با قیمتی حدود 2000 دلار در بازار عرضه می‌گردد.

بر اساس آمارهای موجود، ارزش بازار جهانی داروهای مشتق از گیاهان در سال 2002، با رشد 2/6 درصدی نسبت به سال پیش از آن، به 7/13 میلیارد دلار بالغ گردید. پیش‌بینی می‌شود این مقدار در سال 2007 به رقمی معادل 8/18 میلیارد دلار برسد. آمریکا در سال 2002 بیش از 50 درصد این بازار را به خود اختصاص داده بود. با این حال انتظار می‌رود ارزش این بازار تا سال 2050 به رقمی معادل 5 تریلیون دلار افزایش یابد. نقش بیوتکنولوژی در این بازار بسیار حایز اهمیت بوده است. جدول شمارة (1) و نمودار شمارة (1) میزان رشد و ارزش بازار این داروها را نشان می‌دهند.


جدول 1- بازار جهانی داروهای مشتق از گیاهان (میلیارد دلار)





نمودار 1- میزان رشد بازار جهانی داروهای گیاهی (2007-1999)

5- نتیجه‌گیری

گیاهان دارویی، یکی از منابع مهم تولید دارو هستند که بشر سالیان دراز، از آنها استفاده نموده است و در حال حاضر نیز نه‌تنها ارزش خود را در زمینة تولید دارو از دست نداده‌اند بلکه اهمیت آنها نیز فزونی یافته است؛ چنان‌که برخی از داروهای گرانقیمت مانند تاکسول و یا برخی از ترکیبات دارویی که مصرف آنها زیاد است مانند آسپرین و دیجیتوکسین، تنها از منابع گیاهی به‌دست می‌آیند.

گیاهان دارویی به دلیل توأم بودن ماهیت طبیعی و وجود ترکیبات همولوگ دارویی در آنها، با بدن سازگاری بهتری دارند و معمولاً فاقد عوارض ناخواسته داروهای شیمیایی هستند، به‌خصوص در موارد مصرف طولانی و در بیماری‌های مزمن، بسیار مناسب‌تر می‌باشند. به عنوان مثال، گیاهان دارویی در بسیاری از اختلالات اعصاب و روان که تجویز طولانی مدت دارو برای رفع عوارض بیماری، مورد نیاز است، به‌عنوان بهترین گزینه خواهند بود.

بر اساس آمار موجود، بیشترین داروهای مصرفی کشور در سال 1380 با تعداد حدود 6/6 میلیارد عدد، مربوط به بیماری‌های اعصاب و روان هستند که دارای عوارض ناخواسته متعددی نیز می‌باشند‌، درحالی‌که به‌راحتی می‌توان بخش قابل‌توجهی از آنها را با داروهای گیاهی جایگزین کرد . در این زمینه، روش‌های مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی می‌توانند به‌منظور افزایش بهره‌وری از این گیاهان مورد استفاده قرار گیرند؛ چنان‌که کشت بافت با تکثیر و حفاظت از ژنوتیپ‌های مفید گیاهان زراعی می‌تواند مشکل ازدیاد و نگهداری به روش سنتی را برطرف سازد. همچنین با استفاده از مهندسی ژنتیک می‌توان گیاهان دارویی تراریخته‌ای به‌دست آورد که می‌توانند متابولیت‌های ثانویه و ترکیبات دارویی بیشتر و یا جدیدتری را تولید نمایند. علاوه بر این تحقیقات گسترده‌ای که در زمینة کاربرد نشانگرهای DNA در زمینة گیاهان دارویی در مؤسسات تحقیقاتی مختلف جهان در حال انجام است، گویای توجه محققان به این ابزارهای قدرتمند است؛ به‌طوری‌که در هند که یکی از دو کشور عمدة تولیدکنندة گیاهان دارویی در جهان است، چندین دانشکدة کشاورزی و مؤسسة تحقیقاتی در زمینة استفاده از تکنیک های مبتنی بر DNA ، جهت شناسایی گیاهان دارویی، مشغول فعالیت می‌باشند. در بسیاری از کشورهای جهان، از سال‌های قبل، برنامه‌های مدونی به‌منظور استفادة تجاری از گیاهان زراعی تدوین شده است. برای مثال، در سال 1989، وزارت کشاورزی، شیلات و جنگلداری ژاپن پروژه‌ای تحت عنوان پروژة روح سبز ( Green Spirit Project ) با بودجه‌ای حدود 110 میلیون ین، از طریق آژانس جنگل خود به اجرا درآورد. هدف از این برنامه، تولید روغن، رزین و گلیکوزیدهای مهم از بقایای گیاهی همچون چوب، شاخه، برگ و پوست درختان بود. در اروپا، کانادا و آمریکا نیز فعالیت‌های تحقیقاتی و تولیدی گسترده‌ای در زمینة گیاهان دارویی انجام شده و یا در حال انجام است که به دلیل کثرت آنها، از معرفی آنها خودداری می‌شود.

بنابراین، با توجه به اهمیت گیاهان دارویی و متابولیت‌های مشتق از آنها در تأمین سلامت جوامع بشری و پتانسیل بالای اقتصادی این گیاهان، به‌عنوان یک منبع درآمد مطمئن، لازم است در کشور ما نیز برنامة مدون و جامعی در این زمینه تدوین شده و بخشی از تحقیقات بیوتکنولوژی کشاورزی در دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی بر روی شناسایی، تولید صنعتی و بهینه‌سازی روش‌های استخراج متابولیت‌های دارویی از این گیاهان اختصاص یابد.

مآخذ:

1- میردریکوند، محمد. 1381. اهمیت بیوتکنولوژی گیاهی و حوزه‌های مختلف کاربرد آن. شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران.

2- امیدبیگی، رضا. 1379. رهیافت‌های تولید و فرآوری گیاهان دارویی. انتشارات طراحان نشر، ص 173-161.

3- Breithaupt, H. 2003. Back to the roots. EMBO Rep, 4(1): 10-12.

4- Ha, W. Y., P. C. Shaw, J. Liu, F. C. Yau, and J.Wang. 2002. Authentication of Panax ginseng and Panax quinquefolius using amplified fragment length polymorphism (AFLP) and directed amplification of minisatellite region DNA (DAMD). J Agric Food Chem, 50(7): 1871-1875.

5- Harish Vasudevan. DNA Fingerprinting In The Standardization Of Herbs And Nutraceuticals. Availible from: http://www.bioteach.ubc.ca/MolecularBiology/DNAfingerprintherbs.

6- Henry, R J. 2001. Plant Genotyping: The DNA fingerprinting of Plants. CABI Publishing, New York .


7- http://holistic-online.com/Herbal-Med/hol_herb-intro.htm.

8- Kalpana, J., P. Chavan, D. Warude, and B. Patwardhan. 2004. Molecular markers in herbal drug technology. Current Science, 87(2): 159-165.

9- Mihalov, J., J., A. D. Marderosian, and J. C. Pierce. 2000. DNA identification of commercial ginseng samples. J Agric Food Chem, 48(8): 3744-3752.

10- Plants in Traditional and herbal medicine. Available from: http://www.plant-talk.org/Pages/Pfacts10.html.

11- Sasson, A., 1991. production of useful biochemicals by higher plant cell culture: biotechnological and economic aspects. Options Méditerranéennes - Série Séminaires, 14: 59-74.

12- Tripathi, L., and J. N. Tripathi. 2003. Role of biotechnology in medicinal plants. Trop J Pharm Res, 2 (2): 243-253.

13- Wilken, D., A. Hohe, and A. Gerth. In Vitro Production Of Plant Secondary Metabolites Using Novel Bioreactors. BioPlanta GmbH , Germany .

منبع:bio.itan.ir

گذرنامه های بیومتریک در اروپا اجباری می شود

برای مبارزه با تروریسم در اروپا یکی از تدابیر امنیتی تازه ابداع گذرنامه های نوع تازه با نام بیومتریک است.

به گزارش بخش خبر شبکه فن آوری اطلاعات ایران، از خبرگزاری موج ، صدور این گذرنامه ها از ماه نوامبر در چند کشور اروپایی آغاز خواهد شد. این گذرنامه شبیه گذرنامه های جاری است. تازگی مهم این گذرنامه یک تراشه الکترونیکی است که بر یکی از برگهای گذرنامه حک می شود. در این تراشه تمام اطلاعات شخصی مربوط به صاحب گذرنامه ذخیره شده از اکتبر 2006 داشتن این گذرنامه برای اتباع 27 کشوری که امروز بدون ویزای توریستی وارد آمریکا می شوند اجباری است