متابولیت های ثانویه:
گیاهان منبعی ارزشمند در تولید طیف گسترده ای از ترکیبات شیمیایی نظیر مواد معطر، چاشنی ها، شیرین کننده های طبیعی، مواد غذایی صنعتی، مواد ضد میکروبی و دارویی می باشند. در غالب موارد، این ترکیبات به گروه های متابولیکی بزرگی تعلق داشته و مجموع به عنوان متابولیت هایا فراورده های ثانویه شناخته می شوند. اگر سلول های گیاهی، متابولیت هایی را در شرایط این ویوو یا این ویترو تولید نمایند که مورد نیاز خود گیاه نباشند، این ترکیبات را متابولیت های ثانویه می نامند.
هدف از تولید متابولیت های ثانویه
متابولیت های ثانویه فعالیت های فیزیولوژیکی حیاتی را که متابولیت هایی مانند اسیدهای آمینه و اسیدهای نوکلئیک در گیاه انجام می دهند، بر عهده ندارند، اما این ترکیبات به منظور دفع آفات، جذب حشرات گرده افشان و مبارزه با بیماری های میکروبی در گیاه تولید می شوند.
کاربرد کشت سوسپانسیون سلولی گیاهی
از کشت سوسپانسیون سلول های گیاهی میتوان برای مطالعه بیوسنتز متابولیت های ثانویه استفاده کرد. اگر سلول های گیاهی تحت شرایطی کشت شوند که امکان تمایز تا حد معینی برای آنان وجود داشته باشد، پتانسیل تولید طیف گسترده ای از فرآورده های ثانویه را به خودی خود و با بیوترانسفورماسیون پیش ماده های خاص، دارا می باشند. علی رغم محدودیت های موجود، استفاده از سیستم های کشت سلولی به جای کشت مرسوم گیاهان در مزرعه، برای تولید متابولیت های ثانویه، با مزیت هایی همراه است.
مزایای سیستم های کشت سلولی برای تولید متابولیت های ثانویه:
۱- تحت تأثیر عوامل محیطی مختلف نظیر اقلیم، آفات، بیماری های میکروبی، تنش های فصلی و جغرافیایی قرار نمی گیرند.
۲- فراورده های مفید را می توان تحت شرایط کنترل شده تولید کرد و محصولاتی خالص تر و مطمئن تر به بازار عرضه نمود.
۳- هر سلولی از گیاه را می توان برای تولید متابولیت های ویژه تکثیر نمود.
۴- با استفاده از لاین های سلولی مشخص، می توان از کیفیت پایدار تولیدات مطمئن شد.
۵- تولید مواد در محیط شیمیایی کنترل شده، فرآوری بعدی و مراحل بازیافت فرآورده را تسهیل می کند.
۶- کشت های سلولی ممکن است در مواردی که پرورش گیاهان در مزرعه به دلیل دوره زندگی طولانی مشکل و یا غیر اقتصادی باشد، مفید واقع شوند. به عنوان مثال Papaver bractearul که منبع تبائین است، دو تا سه فصل وقت لازم دارد تا به مرحله رسیدگی کامل برسد.
۷- مسیرهای سنتزی جدیدی را در لاین های سلولی جهش یافته می توان پیدا کرد. کشف این فرآیندهای سنتزی جدید می تواند به تولید فرآورده های نوینی بیانجامد که قبلا در گیاه کامل یافت نمی شدند.
۸- بعضی کشت های سلولی از قابلیت زیست استحالی مواد اولیه خاص به فراورده های بسیار ارزشمندتر تحت فعالیت های آنزیمی یک یا چند مرحله ای برخوردارند. همانند میکروارگانیزم ها، تلاش هایی در زمینه بدست آوردن مواد شیمیایی از کشت های سوسپانسیون سلولی گیاهان عالی نیز صورت گرفته است. در این گیاهان از خاصیت تجمع مواد در سلول ها (بیوماس)، و با آزاد شدن آنها در محیط کشت استفاده شده است.
روش های تولید متابولیت های ثانویه گیاهی در کشت های سلولی:
۱- رشد سریع کشت های سوسپانسیون در حجم های زیاد:
- که متعاقبا برای تولید متابولیت های ثانویه دست ورزی می شوند. با ایجاد یک کشت سوسپانسیون سلولی و حفظ آن با تجدید کشت مکرر در همان محیط کشت گزینشی ناخودآگاه، اما منظم برای انتخاب آن سلول هایی که از سرعت رشد بیشتری در جمعیت ناهمگن برخوردار هستند، رخ می دهد و این امر به رشد هرچه سریعتر کشت منجر می شود. این کشت ها غالبا از سلول های مریستمی کوچک برخوردارند.
۲- رشد دادن و متعاقب آن غیرمتحرک کردن سلول ها:
- که برای تولید فراورده ها در یک دوره طولانی مدت استفاده می شود.
علاوه بر این شواهدی وجود دارد که نشان می دهد در بسیاری از موارد، در کشت های سلولی تمایز نیافته و برخوردار از رشد سریع، فرآورده های ثانویه گیاه طبیعی تولید نمی شود، بلکه تولید این مواد به درجه ای از تمایز مورفولوژیکی، یا بیولوژیکی، و رشد آهسته نیاز دارد. بنابراین جای تعجب ندارد که تولید و عملکرد متابولیت در کشت سلولی وابسته به عوامل متعددی است.
اثر عوامل محیطی بر تولید متابولیت های ثانویه
در تعدادی از کشت بافت های گیاهی، مشخص شده است که شرایط محیطی، به ویژه نور تولید متابولیت های ثانویه را تحریک می نمایند. به عنوان مثال، بیوسنتز ترکیباتی نظیر کارتنوئیدها، فلاونوئیدها، پلی فنل ها و پلاستو کینون ها در اثر نور تحریک می شود. از طرف دیگر بیوسنتز بعضی متابولیت ها تحت تأثیر نور قرار نمی گیرد و حتی ممکن است توسط نور ممانعت شود. نور سفید یا آبی تقریبا به طور کامل مانع از بیوسنتز آلکالوئیدها می شود. ترکیبات لیپیدی سوسپانسیون های سلولی توتون و تجمع آلکالوئیدها در گونه های جنس خشخاش نوسانات بارزی در پاسخ به تغییرات دمایی نشان داده اند.
منبع: کتاب اصول بیوتکنولوژی گیاهی، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، چاپ ششم.
دیدگاهتان را بنویسید