پتانسيل بيوتکنولوژي در افزايش بهره‌وري از گياهان دارويي

[دختری از شمال 1,020]

استفاده از ترکيبات دارويي مشتق از گياهان، نه تنها قدمت زيادي دارد، بلکه به‌دليل عوارض جانبي بي‌شمار داروهاي شيميايي از يک‌سو و نارسايي‌هاي متعدد طب نوين در درمان برخي از بيماري‌ها با گذشت زمان، بار ديگر پرورش و توليد گياهان دارويي با رشد قابل‌توجهي روبرو شده‌است. در مقالة حاضر سعي شده است تا ضمن معرفي برخي از روش‌هاي بيوتکنولوژيک مورد استفاده در شناسايي و توليد گياهان دارويي، اهميت اقتصادي متابوليت‌هاي دارويي مشتق از اين گياهان و ارزش بالاي آنها براي کشورهايي همچون ايران که داراي تنوع بالايي از گياهان دارويي هستند مشخص شود:

 

مقدمه

 

سابقة‌ استفاده از گياهان دارويي به زمان‌هاي بسيار دور برمي‌گردد؛ به‌طوري‌که حتي در کتب قديمي مانند انجيل و کتاب مقدس باستاني هند (ودا)، استفاده از برخي گياهان در درمان بيماري‌ها توصيه شده است. اما قدمت استفاده از گياهان دارويي، به‌معني روند رو به کاهش آن در دنياي مدرن امروزي نيست. امروزه در جوامع صنعتي و در بسياري از کشورهاي پيشرفته و درحال توسعه، استفاده از طب سنتي و گياهان دارويي براي حفظ سلامتي، به‌دليل افزايش اعتماد مردم به استفاده از اين گياهان، بسيار چشمگير است.

 

طبق برآوردي که توسط سازمان بهداشت جهاني ( WHO ) صورت گرفته است، بيش از 80 درصد مردم جهان (نزديک به 5 ميليارد نفر)‌، براي درمان بيماري‌ها هنوز از داروهاي گياهي استفاده مي‌کنند. تقريباً يک چهارم داروهاي تهيه‌شدة‌ دنيا داراي منشأ گياهي هستند که يا مستقيماً از گياهان عصاره‌گيري شده‌اند و يا بر اساس ترکيب گياهي،‌ مدوله و سنتز شده‌اند. کار بر روي طب سنتي و استفاده از گياهان دارويي، در سراسر جهان و به‌خصوص هند، ژاپن، پاکستان، سريلانکا و تايلند در دست انجام مي‌باشد. در اروپا و در کشورهايي از قبيل آلباني، بلغارستان، کرواسي، فرانسه، آلمان، مجارستان، هلند، اسپانيا و انگلستان و همچنين ترکيه، حدود 1500 گونه از گياهان دارويي و معطر مورد استفاده قرار گرفته و در حدود 1400 محصول گياهي در اروپا و ايالات متحده توليد مي‌شود. در حدود 25 درصد از داروهاي تجويزشده در ايالات متحده، حاوي حداقل يک ترکيب فعال گياهي هستند. در چين، فروش داروهاي سنتي در طول 5 سال اخير دو برابر شده است. در هند نيز صادرات گياهان دارويي نسبت به سال‌هاي قبل سه برابر شده است. تعداد زيادي از فرآورده‌هاي دارويي مشهور از گياهان بدست مي‌آيند. مثلاٌ، معمول‌ترين مسکن، يعني (آسپرين)‌ از گونه‌هاي Salix (بيد) و Spiraea به‌دست مي‌آيد. همچنين داروهاي ضد سرطاني چون Paclitaxel و Vinblastine فقط از منابع گياهي حاصل مي‌شوند.

 

بنابراين استفاده از روش‌هاي بيوتکنولوژيک به‌منظور تکثير و افزايش توان ژنتيکي گياهان دارويي و همچنين شناسايي سريع‌تر و دقيق‌تر ژنوتيپ‌هايي که فرآوردة بيشتري توليد مي‌کنند، مي‌تواند بسيار مفيد و از لحاظ تجاري سودآور باشد. در مطلب حاضر، روش‌هاي مختلف بيوتکنولوژيک که مي‌توانند در زمينة افزايش بهره‌وري گياهان دارويي به‌کار روند معرفي خواهند شد.

 

 

[دختری از شمال 1,020]

کاربردهاي " کشت بافت " در زمينة گياهان دارويي

يکي از بخش‌هاي مهم بيوتکنولوژي "کشت بافت" است که کاربردهاي مختلف آن در زمينة گياهان دارويي، از جنبه‌هاي مختلفي قابل بررسي است:

 

1-1باززايي در شرايط آزمايشگاهي ( In-Vitro Regeneration ):

 

تکثير گياهان در شرايط آزمايشگاهي، روشي بسيار مفيد جهت توليد داروهاي گياهي باکيفيت است. روش‌هاي مختلفي براي تکثير در آزمايشگاه وجود دارد که از جملة‌ آنها، ريزازديادي است. ريزازديادي فوايد زيادي نسبت به روش‌هاي سنتي تکثير دارد. با ريزازديادي مي‌توان نرخ تکثير را بالا برد و مواد گياهي عاري از پاتوژن توليد کرد. گزارش‌هاي زيادي در ارتباط با بکارگيري تکنيک " کشت بافت " جهت تکثير گياهان دارويي وجود دارد. با اين روش براي ايجاد کلون‌هاي گياهي از تيرة لاله در مدت 120 روز بيش از 400 گياه کوچک همگن و يک شکل گرفته شد که 90 درصد آنها به رشد معمولي خود ادامه دادند. براي اصلاح گل انگشتانه، از نظر صفات ساختاري، مقدار بيوماس، ميزان مواد مؤثره و غيره با مشکلات زيادي مواجه خواهيم شد ولي با تکثير رويشي اين گياه از راه کشت بافت و سلول، مي‌توان بر آن مشکلات غلبه نمود. چنان‌که مؤسسة گياهان دارويي بوداکالاز در مجارستان از راه کشت بافت و سلول گل انگشتانه موسوم به آکسفورد، توانست پايه‌هايي کاملاٌ همگن و يک شکل از گياه مذکور به‌دست آورد.

 

.1-2باززايي از طريق جنين‌‌زايي سوماتيک )غيرجنسي( :

توليد و توسعة مؤثر جنين‌هاي سوماتيک، پيش‌نيازي براي توليد گياهان در سطح تجاري است. جنين‌زايي سوماتيک فرآيندي است که طي آن گروهي از سلول‌ها يا بافت‌هاي سوماتيک، جنين‌هاي سوماتيک تشکيل مي‌دهند. اين جنين‌ها شبيه جنين‌هاي زيگوتي (جنين‌هاي حاصل از لقاح جنسي) هستند و در محيط کشت مناسب مي‌توانند به نهال تبديل شوند. باززايي گياهان با استفاده از جنين‌زايي سوماتيک از يک سلول، در بسياري از گونه‌هاي گياهان دارويي به اثبات رسيده است. بنابراين در اين حالت با توجه به پتانسيل متفاوت سلول‌هاي مختلف در توليد يک ترکيب دارويي، مي‌توان گياهاني با ويژگي برتر نسبت به گياه اوليه توليد نمود. ازجمله گياهان دارويي که توانسته‌اند از آنها جنين سوماتيک به‌دست آورند، مي‌توان موارد زير را بيان نمود:

 

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

 

1-3. حفاظت گونه‌هاي گياهان دارويي از طريق نگهداري در سرما:

 

با تکيه بر کشت بافت و سلول مي‌توان براي نگهداري کالتيوارهاي مورد نظر در بانک ژن يا براي نگهداري طولاني مدت اندام‌هاي تکثير گياه در محيط نيتروژن مايع، اقدام نمود. نگهداري در سرما، يک تکنيک مفيد جهت حفاظت از کشت‌هاي سلولي در شرايط آزمايشگاهي است. در اين روش با استفاده از نيتروژن مايع (196- درجه سانتي‌گراد) فرآيند تقسيم سلولي و ساير فرآيندهاي متابوليکي و بيوشيميايي متوقف شده و در نتيجه مي‌توان بافت يا سلول گياهي را مدت زمان بيشتري نگهداري و حفظ نمود. با توجه به اينکه مي‌توان از کشت‌هاي نگهداري شده در سرما، گياه کامل باززايي کرد، لذا اين تکنيک مي‌تواند روشي مفيد جهت حفاظت از گياهان دارويي در معرض انقراض باشد. مثلاً بر اساس گزارشات منتشر شده، روش نگهداري در سرما، روشي مؤثر جهت نگهداري کشت‌هاي سلولي گياهان دارويي توليدکنندة آلکالوئيد همچون Rauvollfia serpentine , D. lanalta , A. belladonna , Hyoscyamus spp . است. اين تکنيک، مي‌تواند جهت نگهداري طيفي از بافت‌هاي گياهي چون مريستم‌ها، بساک و دانة گرده، جنين، کالوس و پروتوپلاست به‌کار رود. تنها محدوديت اين روش، مشکل دسترسي به نيتروژن مايع است.

 

1-4. توليد متابوليت‌هاي ثانويه از گياهان دارويي:

از لحاظ تاريخي، اگرچه تکنيک " کشت بافت " براي اولين بار، در سال‌هاي 1940-1939 در مورد گياهان به‌کار گرفته‌شد، ولي در سال 1956 بود که يک شرکت دارويي در کشور آمريکا ( Pfizer Inc ) اولين پتنت را در مورد توليد متابوليت‌ها با استفاده از کشت توده‌اي سلول‌ها منتشر کرد. کول و استابو (1967) و هبل و همکاران (1968) توانستند مقادير بيشتري از ترکيبات ويسناجين ( Visnagin ) و ديوسجنين ( Diosgenin ) را با استفاده از کشت بافت نسبت به حالت طبيعي (استخراج از گياه کامل) به‌‌دست آورند. گياهان، منبع بسياري از مواد شيميايي هستند که به‌عنوان ترکيب دارويي مصرف مي‌شوند. فرآورده‌هاي حاصل از متابوليسم ثانويه گياهي ( Secondary Metabolite ) جزو گرانبهاترين ترکيب شيميايي گياهي ( Phytochemical ) هستند. با استفاد از کشت بافت مي‌توان متابوليت‌هاي ثانويه را در شرايط آزمايشگاهي توليد نمود. لازم به‌ذکر است که متابوليت‌هاي ثانويه، دسته‌اي از مواد شامل اسيدهاي پيچيده، لاکتون‌ها، فلاونوئيدها و آنتوسيانين‌ها هستند که به‌صورت عصاره يا پودرهاي گياهي در درمان بسياري از بيماري‌هاي شايع به‌کار برده مي‌شوند.

 

1-4-1. راهکارهاي افزايش متابوليت‌هاي ثانويه گياهي از طريق کشت بافت

 

1. استفاده از محرک‌هاي ( Elicitors ) زنده و غير زنده‌اي که مي‌توانند مسيرهاي متابوليکي سنتز متابوليت‌هاي ثانويه را تحت تأثير قرار داده و ميزان توليد آنها را افزايش دهند. لازم به‌ذکر است که اين محرک‌ها در شرايط طبيعي نيز بر گياه تأثير گذاشته و باعث توليد يک متابوليت خاص مي‌شوند.

 

2. افزودن ترکيب اولية ( Precursor ) مناسب به محيط‌کشت، با اين ديدگاه که توليد محصول نهايي در نتيجه وجود اين ترکيبات در محيط‌کشت، القاء شود.

 

3. افزايش توليد يک متابوليت ثانويه در اثر ايجاد ژنوتيپ‌هاي جديدي که از طريق امتزاج پروتوپلاست يا مهندسي ژنتيک، به‌دست مي‌آيند.

 

4. استفاده از مواد موتاژن جهت ايجاد واريته‌هاي پربازده

 

5. کشت بافت ريشة گياهان دارويي (ريشه، نسبت به بافت‌هاي گياهي ديگر، پتانسيل بيشتري جهت توليد متابوليت‌هاي ثانويه دارد)

 

1-4-2. مثال‌ها

 

مثال‌هاي قابل ذکر آنقدر زياد است که تصور مي‌شود هر ماده‌اي با منشاء گياهي، از جمله، متابوليت‌هاي ثانويه را مي‌توان به‌وسيلة کشت‌هاي سلولي توليد کرد: از جمله ترکيباتي که از طريق کشت سلولي و کشت بافت به توليد انبوه رسيده است،‌ داروي ضد سرطان تاکسول است. اين دارو که در درمان سرطان‌هاي سينه و تخمدان به‌کار مي‌رود از پوست تنه درخت سرخدار ( Taxus brevilifolia L. ) استخراج مي‌گردد. از آنجايي‌که توليد تاکسول به‌دليل وجود 10 هستة استروئيدي در ساختار شيميايي آن بسيار مشکل است و جمعيت طبيعي درختان سرخدار نيز براي استخراج اين ماده بسيار اندک است، لذا راهکار ديگري را براي توليد تاکسول بايد به‌کار گرفت. در حال حاضر، براي توليد تاکسول از تکنيک کشت بافت و کشت قارچ‌هايي که بر روي درخت رشد کرده و تاکسول توليد مي‌کنند،‌ استفاده مي‌گردد.

 

سولاسودين ( Solasodine ) نيز از ترکيبات ديگري است که از طريق کشت سوسپانسيون سلولي گياه Solanum eleganifoliu به‌دست مي‌آيد. از جمله متابوليت‌هاي ديگري که از طريق تکنيک کشت بافت و در مقياس تجاري توليد مي‌شود، شيکونين ( Shikonin ) (رنگي با خاصيت ضد حساسيت و ضد باکتري) است. مثال‌هاي زير گوياي کارايي تکنيک کشت بافت در توليد متابوليت‌هاي ثانويه است.

 

توليد آلکالوئيد پيروليزيدين ( Pyrolizidine ) از کشت بافت ريشة Senecio sp ، سفالين ( Cephaelin ) و امتين ( Emetine ) از کشت کالوس Cephaelis ipecacuanha ، آلکالوئيد کوئينولين ( Quinoline ) از کشت سوسپانسيون سلولي Cinchona ledgerione و افزايش بيوسنتز آلکالوئيدهاي ايندولي با استفاده از کشت سوسپانسيون سلولي گياه Catharanthus roseus

 

1-4-3. استفاده از بيورآکتورها در توليد صنعتي متابوليت‌هاي ثانويه

 

توليد متابوليت ثانوية گياهي با خصوصيات دارويي در شرايط آزمايشگاهي، فوايد زيادي در مقايسه با استخراج اين ترکيبات از گياهان، تحت شرايط طبيعي دارد. کنترل دقيق پارامترهاي مختلف، سبب مي‌شود که کيفيت مواد حاصل در طول زمان تغيير نکند. درحالي که در شرايط طبيعي مرتباٌ تحت تأثير شرايط آب و هوايي و آفات است. تحقيقات زيادي در زمينة استفاده از کشت‌هاي سوسپانسيون و سلول گياهي براي توليد متابوليت‌هاي ثانويه صورت گرفته است. از جمله ابزارهايي که براي کشت وسيع سلول‌هاي گياهي به‌کار رفته‌اند، بيورآکتورها هستند. بيورآکتورها، مهمترين ابزار در توليد تجاري متابوليت‌هاي ثانويه از طريق روش‌هاي بيوتکنولوژيک، محسوب مي‌شوند.

 

مزاياي استفاده از بيورآکتورها در کشت انبوه سلول‌هاي گياهي عبارتند از:

 

* کنترل بهتر و دقيق‌تر شرايط خاص مورد نياز براي توليد صنعتي ترکيبات فعال زيستي از طريق کشت سوسپانسيون سلولي

 

* امکان تثبيت شرايط در طول مراحل مختلف کشت سلولي در بيورآکتور

 

* جابجايي و حمل‌ونقل آسان‌تر کشت (مثلاً، برداشتن مايه‌کوبه در اين حالت راحت است)

 

* با توجه به اينکه در شرايط کشت سوسپانسيون، جذب مواد غذايي به‌وسيلة سلول‌ها افزايش مي‌يابد، لذا نرخ تکثير سلول‌ها زياد شده و به‌تبع آن ميزان محصول (ترکيب فعال زيستي) بيشتر مي‌شود.

 

* در اين حال، گياهچه‌ها به آساني توليد و ازدياد مي‌شوند.

 

سيستم بيورآکتور براي کشت‌هاي جنين‌زا و ارگانزاي چندين گونة گياهي به‌کار رفته است که از آن‌جمله مي‌توان به توليد مقادير زيادي سانگئينارين ( sanguinarine ) از کشت سوسپانسيون سلولي Papaver somniferum با استفاده از بيورآکتور، اشاره کرد. با توجه به اينکه بيورآکتورها، شرايط بهينه را براي توليد متابوليت‌هاي ثانويه از سلول‌هاي گياهي فراهم مي‌آورند، لذا تغييرات زيادي در جهت بهينه‌سازي اين سيستم‌ها، براي توليد مواد با ارزش دارويي (با منشأ گياهي) همچون جينسنوسايد ( ginsenoside ) و شيکونين صورت گرفته است.

[دختری از شمال 1,020]

مهندسي ژنتيک

شاخة بعدي بيوتکنولوژي که در زمينة گياهان دارويي کاربردهاي فراواني دارد، "مهندسي ژنتيک" است. پيشرفت‌هاي اخير در زمينة ژنتيک گياهي و تکنولوژي DNA نوترکيب، کمک شاياني به بهبود و تقويت تحقيقات در زمينة بيوسنتز متابوليت‌هاي ثانويه کرده است. قسمت اعظمي از تحقيقات در زمينة متابوليت‌هاي ثانويه، به‌روي شناسايي و دستکاري ژنتيکي آنزيم‌هاي دخيل در مسير متابوليکي سنتز يک متابوليت ثانويه، متمرکز شده‌است. ابزار طبيعي که در فرآيند مهندسي ژنتيک و در اکثر گونه‌هاي گياهي و بخصوص گياهان دولپه به‌کار مي‌رود، يک باکتري خاکزي به‌نام آگروباکتريوم ( Agrobacterium ) است. گونه‌هاي مختلف اين باکتري، مهندسان طبيعي هستند که بيماري‌هاي‌ تومور گال طوقه‌ ( Crown Gall Tumour ) و ريشة مويي ( Hairy Root ) را در گياهان سبب مي‌شوند. تحقيقات نشان داده‌است که ريشه‌هاي مويي توليد شده به‌وسيلة گونه‌اي از اين باکتري به‌نام‌ A. rhizogenes ‌، بافتي مناسب براي توليد متابوليت ثانويه هستند. به علت پايداري و توليد زياد اين بافت‌ها در شرايط کشت عاري از هورمون، تاکنون گونه‌هاي دارويي زيادي با استفاده از اين باکتري تغيير يافته‌اند. که از آن جمله مي‌توان به کشت ريشة‌ مويي گياه دارويي Artemisia annua به‌منظور توليد ترکيب دارويي فعال، اشاره کرد.

 

بنابراين مي‌توان ديد که مهندسي ژنتيک مي‌تواند به‌عنوان ابزاري قدرتمند جهت توليد متابوليت‌هاي ثانوية جديد و همچنين افزايش مقدار متابوليت‌هاي ثانويه موجود در يک گياه به‌کار رود.

 

پتانسيل بيوتکنولوژي در افزايش بهره‌وري از گياهان دارويي=قسمت 5 3- نشانگرهاي مولکولي بخش مهم بعدي داراي کاربرد فراوان در حوزة گياهان دارويي، "نشانگرهاي مولکولي" است. قبل از اينکه به موارد کاربرد نشانگرهاي مولکولي پرداخته شود، لازم است دلايل لزوم استفاده از نشانگرهاي مولکولي در زمينة گياهان دارويي ذکر شود: 3-1- دلايل استفاده از نشانگرهاي مولکولي در زمينة گياهان دارويي: فاکتورهايي همچون خاک و‌ شرايط آب و هوايي، بقاي يک گونة خاص و همچنين محتواي ترکيب دارويي اين گياه را تحت تأثير قرار مي‌دهند. در چنين حالاتي علاوه بر اينکه بين ژنوتيپ‌هاي مختلف يک گونه تفاوت ديده مي‌شود از لحاظ ترکيب دارويي فعال نيز با هم فرق مي‌کنند. در هنگام استفادة تجاري، از اين گياه دو فاکتور، کيفيت نهايي داروي استحصالي از اين گياه را تحت تأثير قرار مي‌دهند: 1- تغيير محتواي يک ترکيب دارويي خاص در گياه مورد نظر 2- اشتباه گرفتن يک ترکيب دارويي خاص با اثر کمتر که از گياهان ديگر به‌دست آمده است. به‌جاي ترکيب دارويي اصلي که از گياه اصلي به‌دست مي‌آيد. چنين تفاوت‌هايي، مشکلات زيادي را در تعيين و تشخيص گياهان دارويي خاص، با استفاده از روش‌هاي سنتي (مرفولوژيکي و ميکروسکوپي)، به‌دنبال خواهد داشت. براي روشن‌شدن موضوع به مثال زير توجه کنيد: کوئينون يک ترکيب دارويي است که از پوست درخت سينکونا ( cinchona ) به‌دست مي‌آيد. پوست درختان سينکونا که در جلگه‌ها کشت شده‌اند، حاوي کوئيوني است که از لحاظ دارويي فعال است. گونه‌هاي مشابهي از اين درخت وجود دارند که به‌روي تپه‌ها و زمين‌هاي شيبدار رشد مي‌کنند و از لحاظ مرفولوژيکي (شکل ظاهري) مشابه گونه‌هايي هستند که در جلگه‌ها رشد مي‌کنند، اما در اين گونه‌ها کوئيون فعال وجود ندارد. در طول دهه‌هاي گذشته، ابزارهايي که براي استانداردسازي داروهاي گياهي به‌وجود آمده‌اند، شامل ارزيابي ماکروسکوپيک و ميکروسکوپيک و همچنين تعيين نيمرخ شيميايي ( Chemoprofiling ) مواد گياهي بوده‌اند. قابل ذکر است که نيمرخ شيميايي، الگوي شيميايي ويژه‌اي براي يک گياه است که از تجزية عصارة‌ آن گياه به‌وسيلة تکنيک‌هايي چون TLC و HPTLC و HPLC به‌دست آمده است. ارزيابي ماکروسکوپيک مواد گياهي نيز بر اساس پارامترهايي چون شکل، اندازه، رنگ، بافت،‌ خصوصيات سطح گياه، مزه و غيره صورت مي‌گيرد. علاوه بر اين، بسياري از تکنيک‌هاي آناليز، همچون آناليز حجمي ( Volumetric Analysis )، کروماتوگرافي گازي ( Gas Chromatography )، کروماتوگرافي ستوني ( Column Chromatography ) و روش‌هاي اسپکتروفتومتريک نيز براي کنترل کيفي و استانداردسازي مواد دارويي گياهي، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. گرچه در روش‌هاي فوق، اطلاعات زيادي در مورد يک گياه دارويي و ترکيبات دارويي موجود در آن فراهم آيد، ولي مشکلات زيادي نيز به‌همراه دارد. مثلاً براي اينکه يک ترکيب شيميايي به‌عنوان يک نشانگر ( Marker ) جهت شناسايي يک گياه دارويي خاص، مورد استفاده قرار گيرد، بايد مختص همان‌گونة گياهي خاص باشد، در حالي‌که همة گياهان دارويي، داراي يک ترکيب شيميايي منحصربه‌فرد نيستند. همچنين بين بسياري از مولکول‌هاي شيميايي که به‌عنوان نشانگر و يا ترکيب دارويي خاص مدنظر هستند، هم‌پوشاني معني‌داري وجود دارد؛ اين موضوع در مورد ترکيبات فنولي و استرولي حادتر است. يکي از عوامل مهم ديگري که استفاده از نيمرخ شيميايي را محدود مي‌سازد، ابهام در داده‌هاي حاصل از انگشت‌نگاري شيميايي ( Chemical Fingerprinting ) است. اين ابهام، در اثر تجمع مواد مصنوعي در پروفيل شيميايي حادث مي‌شود. علاوه بر اين، فاکتورهاي ديگري، پروفيل شيميايي يک گياه را تغيير مي‌دهند. که از جمله اين فاکتورها مي‌توان فاکتورهاي دروني چون عوامل ژنتيکي و فاکتورهاي بروني چون کشت، برداشت، خشک‌کردن و شرايط انبارداري گياهان دارويي را ذکر نمود. مطالعات شيموتاکسونوميکي (طبقه‌بندي گياهان بر اساس ترکيبات شيميايي موجود در گياه) که به‌طور معمول در آزمايشگاه‌هاي مختلف استفاده مي‌شوند، تنها مي‌توانند به‌عنوان معيار کيفي در مورد متابوليت‌هاي ثانويه، مورد استفاده قرار مي‌گيرند و براي تعيين کمي اين ترکيبات، استفاده از نشانگرهاي ويژه (شيميايي) که به‌کمک آن به آساني بتوان گونه‌هاي گياهان دارويي را از يکديگر تشخيص داد، يک الزام است.‌ در اين رابطه، همان‌طور که در فوق ذکر شد، در هرگياه يک نشانگر منحصر به فرد را نمي‌توان يافت. مشکلي که در شناسايي گونه‌هاي گياهان دارويي با استفاده از صفات مرفولوژيک وجود دارد، وجود نام‌هاي گياهشناسي متفاوت در مورد يک گياه در نواحي مختلف جهان است. در اين حالت ممکن است گونه‌هاي گياهان دارويي نادر و مفيد، با گونه‌هاي ديگري که از لحاظ مرفولوژيکي به گياه اصلي شبيه‌اند، اشتباه فرض شوند. بنابراين، با توجه به مشکلات موجود در زمينة شناسايي گياهان دارويي با استفاده از روش‌هاي سنتي و با توجه به پيشرفت محققين در زمينة ايجاد نشانگرهاي DNA ‌،‌ استفاده از اين تکنيک‌هاي نوين مي‌تواند ابزاري قدرتمند در استفاده کارا از گونه‌هاي مؤثر دارويي محسوب شود. از جمله مزاياي اين نشانگرها، عدم وابستگي به سن و شرايط فيزيولوژيکي و محيطي گياه دارويي است. پروفيلي که از انگشت نگاري DNA يک گياه دارويي به‌دست مي‌آيد، کاملاً به همان گونه اختصاص دارد. همچنين براي استخراج DNA به‌عنوان مادة آزمايشي در آزمايشات نشانگرهاي مولکولي، علاوه بر بافت تازه، مي‌توان از بافت خشک نيز استفاده نمود و از اين رو، شکل فيزيکي نمونه براي ارزيابي آن گونه، اهميت ندارد. نشانگرهاي مختلفي بدين منظور ايجاد شده‌اند که از آن جمله مي‌توان به روش‌هاي مبتني بر هيبريداسيون (مانند RFLP )، روش‌هاي مبتني بر RCR (مانند AFLP ) و روش‌هاي مبتني بر توالي‌يابي (مانند ITS ) اشاره کرد.

 

 

[دختری از شمال 1,020]

برخي موارد کاربرد نشانگرهاي DNA در زمينة گياهان دارويي:

 

3-2-1- ارزيابي تنوع ژنتيکي و تعيين ژنوتيپ ( Genotyping ):

 

تحقيقات نشان داده است که شرايط جغرافيايي،‌ مواد دارويي فعال گياهان دارويي را از لحاظ کمي و کيفي، تحت تأثير قرار مي‌دهد. بر پاية تحقيقات انجام شده، عوامل محيطي محل رويش گياهان دارويي در سه محور زير بر آنها تاثير مي‌گذارد:

 

1- تاثير بر مقدار کل مادة مؤثرة گياهان دارويي

 

2- تاثير بر عناصر تشکيل دهندة مواد مؤثره

 

3- تاثير بر مقدار توليد وزن خشک گياه

 

عوامل محيطي که تاثير بسيار عمده‌اي بر کميت و کيفيت مواد مؤثرة آنها مي‌گذارد عبارتنداز نور، درجه حرارت، آبياري و ارتفاع محل. بنابراين نياز است که به‌دقت اين موضوع مورد بررسي قرار گيرد. به اين خاطر، بسياري از محققين، تأثير تنوع جغرافيايي بر گياهان دارويي را از لحاظ تغييرات در سطوح مولکول DNA (ژنتيک) مطالعه نموده‌اند. اين برآوردها از تنوع ژنتيکي مي‌تواند در طراحي برنامه‌هاي اصلاحي گياهان دارويي و همچنين مديريت و حفاظت از ژرم‌پلاسم آنها به‌کار رود. از جمله گياهان دارويي که از نشانگرهاي مولکولي، براي ارزيابي تنوع ژنتيکي در ژرم‌پلاسم آنها استفاده شده است مي‌توان موارد زير را نام برد:

 

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

 

3-2-2- شناسايي دقيق گياهان دارويي

 

از نشانگرهاي DNA مي‌توان براي شناسايي دقيق گونه‌هاي گياهان دارويي مهم، استفاده کرد. اهميت استفاده از اين نشانگرها، به‌ويژه در مورد گونه‌ها و يا واريته‌هايي که از لحاظ مرفولوژيکي و فيتوشيميايي به هم شبيهند، دوچندان مي‌شود. گاهي ممکن است بر اثر اصلاح گياهان دارويي کالتيوارهايي به‌وجود آيد که هر چند از نظر ظاهر با ساير افراد آن‌گونه تفاوتي ندارد ولي از نظر کميت و کيفيت مواد مؤثره اختلاف‌هاي زيادي با آنها داشته باشد. در اين حالت اصلاح‌کنندگان چنين گياهاني بايد تمام مشخصات آن کالتيوار را از نظر خصوصيات مواد مؤثره ارايه دهند که شناسايي و معرفي خصوصيات مذکور مستلزم صرف هزينه و زمان زياد از نظر کسب اطلاعات گسترده دربارة فرآيندهاي متابوليسمي گياه مربوطه است. به‌علاوه امکان تغييرپذيري وضعيت توليد و تراوش مواد مؤثره در مراحل مختلف رويش گياه همواره بايد مورد نظر اصلاح‌کننده قرار داشته‌باشد. به‌عنوان مثال، از نشانگرهاي RAPD و PBR براي شناسايي دقيق گونة P.ginseng در بين جمعيت‌هاي جينسنگ ( ginseng ) استفاده شده است. همچنين برخي از محققين از يک راهکار جديد به‌نام DALP ( Direct Amplification of Length Polymorphism ) براي شناسايي دقيق Panax ginseng و Panax quinquefolius استفاده کرده‌اند.

 

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

 

علاوه بر شناسايي دقيق گونه‌ها، پيش‌بيني غلظت مادة شيميايي فعال گياهي ( Active Phytochemical ) نيز براي کنترل کيفي يک گياه دارويي مهم است . شناسايي نشانگرهاي ( DNA QTL ) که با مقدار آن ترکيب دارويي خاص همبستگي دارند، مي‌تواند جهت کنترل کيفي و کمي مواد خام گياهي، مؤثر واقع شود. لازم به‌ذکر است که تنها تفاوت بين کيموتايپ‌هاي مختلف، مقدار مادة شيميايي فعال آنها است. همچنين، پروفيل‌هاي حاصل از نشانگرهاي DNA مي‌توانند جهت تعيين روابط فيلوژنتيکي (خويشاوندي)‌ بين کيموتايپ‌هاي مختلف يک گونه گياه دارويي به‌کار روند. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي به‌منظور تعيين رابطة بين نشانگرهاي DNA و تنوعات کمي وکيفي ترکيبات فعال دارويي در بين گونه‌ها و خويشاوندان نزديک گياهان دارويي، صورت گرفته و يا در حال انجام است. از طرفي، به‌کارگيري توأم تکنيک‌هاي مولکولي و تکنيک‌هاي آناليزي ديگر، چون TLC و HPLC ، مي‌تواند شناخت ما را نسبت به يک گونة دارويي خاص و به تبع آن کنترل کيفي و کمي ترکيب دارويي مورد نظر در سطح صنعتي، افزايش دهد. به‌عنوان مثال بررسي تنوع ژنتيکي Artemisia annua ، به‌عنوان منبع ترکيب ضد ملارياي آرتميزينين ( artemisinin )، نشان مي‌دهد که ژنوتيپ‌هاي اين گياه در سراسر هند، از لحاظ محتواي اين ترکيب (مقدار مادة مؤثرة آرتمزينين)، تنوع نشان مي‌دهند. اين بررسي با استفاده از نشانگر RAPD (يک نوع نشانگر DNA ) صورت گرفته است.

 

3-2-4- اصلاح گياهان دارويي

 

اگرچه کاشت گياهان دارويي به هزاران سال پيش باز مي‌گردد ولي بايد گفت که در مورد اصلاح آنها تاکنون پيشرفت قابل ملاحظه‌اي صورت نگرفته است و در حال حاضر، تعداد کالتيوارهاي مفيد به‌دست آمده بر اثر اصلاح گياهان دارويي اندک است. هدف از اصلاح گياهان دارويي، افزايش کميت و کيفيت آن دسته از مواد مؤثره در اين گياهان است که در صنايع دارويي از اهميت خاصي برخوردار هستند. در سال‌هاي اخير توجه خاصي از جانب سازمان‌هاي مختلف در کشورهاي جهان در ارتباط با اصلاح اين گياهان صورت گرفته است. در اين رابطه، استفاده از نتايج حاصل از انگشت‌نگاري ( fingerprinting ) مولکولي گياهان دارويي، مي‌تواند محققين را در پيشبرد اهداف اصلاحي اين گياهان ياري نمايد. از جمله صفات اصلاحي در گياهان دارويي مي‌توان موارد زير را نام برد:

 

مقاومت به آفات و بيماري‌ها، سرعت رشد و نمو اندام محتوي مادة مؤثره (مثلاٌ زودرس بودن ميوه)، دوام کافي اندام مذکور از نظر استحصال (مثلاٌ زود نريختن ميوه و باقي ماندن آن در گياه به مدت کافي)، هماهنگي و همزماني رشد و نمو اندام‌هاي مورد استحصال (مثلاٌ رسيده شدن همزمان تمامي ميوه‌ها و با هم نبودن ميوه‌هاي کال و رسيده)، قابل جمع‌آوري بودن محصول با ماشين، فقدان اعضاي مزاحم استحصال چون خارهاي موجود در ساقه، برگ، ميوه و غيره. علاوه بر اينها، در کشت گياهان دارويي مي‌توان به توليد انبوه محصول اندامي که محتوي مقادير بسيار کم از ماده مؤثرة خاصي است، يا (به‌عکس) به توليد کمتر از انبوه اندامي که همان مادة مؤثره را بيشتر تراوش مي‌دهد توجه نمود.

 

به‌عنوان مثال، مشخص شده است که نشانگرهاي ISSR-PCR ، تکنيکي مؤثر و کارا براي شناسايي گياهچه‌هاي زيگوتي (گياهچه‌هاي حاصل از تلاقي جنسي) در تلاقي‌هاي بين‌پلوئيدي در مرکبات است.

 

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

 

تاکنون نشانگرهاي مولکولي مبتني بر DNA در طيف وسيعي از مطالعات مربوط به گياهان زراعي خوارکي استفاده شده‌اند. اين موارد استفاده، شامل مطالعة تنوع ژنتيکي، شناسايي ارقام، مطالعات اصلاحي،‌ شناسايي ژن‌هاي مقاومت به بيماري،‌ شناسايي محل ژن‌هاي صفات کمي ( QTL )، آناليز تنوع ژرم‌پلاسم خارجي، شناسايي جنسي گياهان دوپايه و آناليز فيلوژنتيک (روابط خويشاوندي) و غيره هستند. اخيراٌ در نقاط مختلف جهان، استفاده از اين نشانگرها در زمينة غذاداروها رايج شده است. مثلاً، بر اساس قوانين اتحاديه اروپا، مبني بر برچسب‌گذاري ( Labeling ) غذاها و محصولات تغيير يافتة ژنتيکي ( GMO )، چندين کشور اروپايي همچون آلمان و سوئيس، روش‌هاي مبتني بر RCR را براي شناسايي و تعيين کمي اين گونه غذاها، در سطح کشور خود توسعه داده‌اند. همچنين کشور ايرلند، مؤسسه‌اي را براي شناسايي فرآورده‌هاي تغيير يافتة ژنتيکي فاقد مجوز که در بازارهاي بين‌المللي وارد شده‌اند و به‌طور اخص براي تعيين ذرت تغيير يافتة‌ ژنتيکي با استفاده از تکنيک PCR ،‌ تأسيس نموده است.

 

[دختری از شمال 1,020]

- پتانسيل اقتصادي گياهان دارويي

 

طبق برآوردهاي صورت گرفته در سال‌هاي اخير، ارزش بازارهاي جهاني داروهاي گياهي که شامل گياهان دارويي و فرآورده‌هاي آنهاست، همواره با رشد قابل توجهي روبه افزايش بوده است. با توجه به اينکه بخش اعظم بازار گياهان دارويي دنيا، به توليد و عرضة متابوليت‌هاي ثانوية مشتق از اين گياهان مربوط مي‌شود، لذا در اين مقاله سعي شده است به اهميت‌ اقتصادي اين ترکيبات پرداخته شود. متابوليت‌‌هاي ثانويه معمولاً از ارزش افزودة بسيار بالايي برخوردار هستند. به‌طوري‌كه ارزش فروش برخي از اين ترکيبات مانند شيكونين، ديجيتوكسين ( Digitoxin ) و عطرهايي همچون روغن جاسمين ( Jasmin )، از چند دلار تا چند هزار دلار به ازاي هر كيلوگرم تغيير مي‌‌كند. همچنين قيمت هر گرم از داروهاي ضد سرطان گياهي مانند وين‌بلاستين ( Vinblastin )، وين‌كريستين ( Vincristin )، آجماليسين ( Ajmalicine ) و تاکسول ( Taxol ) به چند هزار دلار مي‌‌رسد. همان‌طور که قبلاٌ اشاره شد، تاکسول يکي از ترکيبات دارويي است که از پوست درخت سرخدار به‌دست مي‌آيد و در درمان سرطان‌هاي سينه و تخمدان مورد استفاده قرار مي‌گيرد. آزمايش‌هاي متعددي براي بررسي اثر اين دارو بر روي انواع ديگر سرطان‌ها مانند سرطان خون، غدد لنفاوي، ريه، روده بزرگ، سر و گردن و غيره در دست انجام است. طبق گزارش اعلام شده از سوي سازمان هلال احمر ايران، ميزان ارز تخصيص يافته براي خريد هر گرم تاکسول تا 5/2 ميليون تومان نيز رسيده است. از آنجايي‌که رشد اين درخت به‌کندي صورت مي‌گيرد و منابع دسترسي به اين گياه محدود بوده و براي درمان يک بيمار سرطاني، حدود 28 کيلوگرم از پوست درخت سرخدار لازم است (مقدار مذکور، معادل پوست سه درخت يکصدساله است) ، لذا توليد اين دارو به‌روش استخراج از پوست درخت، مقرون به‌صرفه نيست. به همين دليل در حال حاضر، اين متابوليت را با استفاده از روش کشت‌ سلولي‌ و در شرايط آزمايشگاهي توليد مي‌نمايند. با اين روش، توليد يک گرم از داروي تاکسول حدود 250 دلار هزينه دارد، در حالي‌که با قيمتي حدود 2000 دلار در بازار عرضه مي‌گردد.

 

بر اساس آمارهاي موجود، ارزش بازار جهاني داروهاي مشتق از گياهان در سال 2002، با رشد 2/6 درصدي نسبت به سال پيش از آن، به 7/13 ميليارد دلار بالغ گرديد. پيش‌بيني مي‌شود اين مقدار در سال 2007 به رقمي معادل 8/18 ميليارد دلار برسد. آمريکا در سال 2002 بيش از 50 درصد اين بازار را به خود اختصاص داده بود. با اين حال انتظار مي‌رود ارزش اين بازار تا سال 2050 به رقمي معادل 5 تريليون دلار افزايش يابد. نقش بيوتکنولوژي در اين بازار بسيار حايز اهميت بوده است.

 

 

[دختری از شمال 1,020]

نتيجه‌گيري

 

گياهان دارويي، يکي از منابع مهم توليد دارو هستند که بشر ساليان دراز، از آنها استفاده نموده است و در حال حاضر نيز نه‌تنها ارزش خود را در زمينة توليد دارو از دست نداده‌اند بلکه اهميت آنها نيز فزوني يافته است؛ چنان‌که برخي از داروهاي گرانقيمت مانند تاکسول و يا برخي از ترکيبات دارويي که مصرف آنها زياد است مانند آسپرين و ديجيتوکسين، تنها از منابع گياهي به‌دست مي‌آيند.

 

گياهان دارويي به دليل توأم بودن ماهيت طبيعي و وجود تركيبات همولوگ دارويي در آنها، با بدن سازگاري بهتري دارند و معمولاً فاقد عوارض ناخواسته داروهاي شيميايي هستند، به‌خصوص در موارد مصرف طولاني و در بيماري‌هاي مزمن، بسيار مناسب‌تر مي‌باشند. به عنوان مثال، گياهان دارويي در بسياري از اختلالات اعصاب و روان که تجويز طولاني مدت دارو براي رفع عوارض بيماري، مورد نياز است، به‌عنوان بهترين گزينه خواهند بود.

 

بر اساس آمار موجود، بيشترين داروهاي مصرفي کشور در سال 1380 با تعداد حدود 6/6 ميليارد عدد، مربوط به بيماري‌هاي اعصاب و روان هستند كه داراي عوارض ناخواسته متعددي نيز مي‌باشند‌، درحالي‌كه به‌راحتي مي‌توان بخش قابل‌توجهي از آنها را با داروهاي گياهي جايگزين كرد . در اين زمينه، روش‌هاي مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي مي‌توانند به‌منظور افزايش بهره‌وري از اين گياهان مورد استفاده قرار گيرند؛ چنان‌که کشت بافت با تکثير و حفاظت از ژنوتيپ‌هاي مفيد گياهان زراعي مي‌تواند مشکل ازدياد و نگهداري به روش سنتي را برطرف سازد. همچنين با استفاده از مهندسي ژنتيک مي‌توان گياهان دارويي تراريخته‌اي به‌دست آورد که مي‌توانند متابوليت‌هاي ثانويه و ترکيبات دارويي بيشتر و يا جديدتري را توليد نمايند. علاوه بر اين تحقيقات گسترده‌اي که در زمينة کاربرد نشانگرهاي DNA در زمينة گياهان دارويي در مؤسسات تحقيقاتي مختلف جهان در حال انجام است، گوياي توجه محققان به اين ابزارهاي قدرتمند است؛ به‌طوري‌که در هند که يکي از دو کشور عمدة توليدکنندة گياهان دارويي در جهان است، چندين دانشکدة کشاورزي و مؤسسة تحقيقاتي در زمينة استفاده از تکنيک هاي مبتني بر DNA ، جهت شناسايي گياهان دارويي، مشغول فعاليت مي‌باشند. در بسياري از کشورهاي جهان، از سال‌هاي قبل، برنامه‌هاي مدوني به‌منظور استفادة تجاري از گياهان زراعي تدوين شده است. براي مثال، در سال 1989، وزارت کشاورزي، شيلات و جنگلداري ژاپن پروژه‌اي تحت عنوان پروژة روح سبز ( Green Spirit Project ) با بودجه‌اي حدود 110 ميليون ين، از طريق آژانس جنگل خود به اجرا درآورد. هدف از اين برنامه، توليد روغن، رزين و گليکوزيدهاي مهم از بقاياي گياهي همچون چوب، شاخه، برگ و پوست درختان بود. در اروپا، کانادا و آمريکا نيز فعاليت‌هاي تحقيقاتي و توليدي گسترده‌اي در زمينة گياهان دارويي انجام شده و يا در حال انجام است که به دليل کثرت آنها، از معرفي آنها خودداري مي‌شود.

 

بنابراين، با توجه به اهميت گياهان دارويي و متابوليت‌هاي مشتق از آنها در تأمين سلامت جوامع بشري و پتانسيل بالاي اقتصادي اين گياهان، به‌عنوان يک منبع درآمد مطمئن، لازم است در کشور ما نيز برنامة مدون و جامعي در اين زمينه تدوين شده و بخشي از تحقيقات بيوتکنولوژي کشاورزي در دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقيقاتي بر روي شناسايي، توليد صنعتي و بهينه‌سازي روش‌هاي استخراج متابوليت‌هاي دارويي از اين گياهان اختصاص يابد.

 

نویسنده: م.عباس تاش

 

مآخذ:

 

1- ميردريکوند، محمد. 1381. اهميت بيوتکنولوژي گياهي و حوزه‌هاي مختلف کاربرد آن. شبكه تحليلگران تكنولوژي ايران.

 

2- اميدبيگي، رضا. 1379. رهيافت‌هاي توليد و فرآوري گياهان دارويي. انتشارات طراحان نشر، ص 173-161.