جلوه ای از کاربرد گرایش های مختلف بیوتکنولوژی با یک هدف مشترک

هزاران سال است که انسان از گیاهان به عنوان غذا، دارو و منبع مواد اولیه لازم برای زندگی خود استفاده می کند. شواهد به دست آمده از اولین مراحل شهر نشینی حاکی از آن است که عصاره گیاهان مختلف جهت تولید دارو جهت تخفیف درد و درمان بیماری ها به کار گرفته می شده است.   

در اواخر دهه 1970 میلادی، بسیاری از پروتئین های درمانی و تشخیصی به واسطه تحقیقات زیست شناسی و پزشکی مولکولی کشف شده بودند ولی استفاده عمومی از این مولکول ها به دلایل مختلف مثل راندمان پایین تولید و کیفیت پایین محصولات امکان پذیر نبود. در اواخر دهه 1980 میلادی، استفاده از تکنولوژی DNA و پروتئین نوترکیب در سیستم های بیانی گیاهی برای تولید ارزانتر و بی خطرتر پروتئین های دارویی مورد توجه قرار گرفت و اولین پروتئین نوترکیب یعنی هورمون رشد انسانی برای بیان در گیاه (توتون و آفتابگردان) در سال 1986 انتخاب شد. اولین آنتی بادی تولید شده در سیستم گیاهی نیز در توتون و در سال 1989 گزارش شد. در پی آن اولین محصول تجاری حاصل از کشاورزی مولکولی، آویدین (Avidin) بود که در سال 1997 در ذرت ترایخته بیان شد.

در دهه بعد، گیاهان به عنوان جایگزینی ساده، ایمن و اقتصادی برای سیستم های تولید پروتئین میکروبی یا جانوری مطرح شدند و تولید داروهای گیاهی و پروتئین های نوترکیب در گیاهان کشاورزی مولکولی (Molecular Farming) نام گرفت؛ عبارتی به مفهوم بهره برداری از ظرفیت کشاورزی برای تولید محصولات مختلف دارویی و تشخیصی، آنزیم های صنعتی و مواد مختلف شیمیایی در گیاهان و سلول های گیاهی که شامل مراحل مختلف کشت، برداشت، نگهداری و فرآیندهای مختلف تولید پایین دست مثل استخراج و تخلیص پروتئین می شود.

کشاورزی مولکولی از لحاظ نظری ظرفیت تولید نامحدود آنتی بادی ها، واکسن ها، پروتئین های خونی، فاکتورهای رشد و سایر آنزیم ها و پروتئین های نوترکیب مورد استفاده در تشخیص و درمان صنایع مرتبط با سلامت، صنایع شیمیایی و سایر صنایع وابسته به علوم زیستی مانند صنایع غذایی را دارا است. به نظر می آید گیاهان به عنوان یک سامانه (platform) مناسب برای تولید پروتئین های نوترکیب در مقیاس بالا پذیرفته شده اند. از لحاظ تکنیکی نیز گیاهان توانایی تولید پروتئین های دارویی پیچیده با عملکرد مورد انتظار (functional proteins) مثل پروتئین های سرم انسانی، تنظیم کننده های رشد، انواع آنتی بادی، واکسن ها، هورمون ها، سیتو کین ها و آنزیم های مختلف را دارند. این توانایی به خاطر تغییرات پس از ترجمه مناسب در گیاهان است که باعث شکل گیری صحیح و در پی آن ساختار و عملکرد درست پروتئین نوترکیب می شود.

با توجه به تقاضای بالای بازار برای پروتئین های تشخیصی و درمانی و عدم وجود ظرفیت های لازم برای تامین این تقاضای رو به رشد با امکانات فعلی و همچنین ظهور و معرفی انواع پروتئین های نوترکیب به عنوان خروجی پروژه های مختلف در حال اجرای فعلی، به نظر می آید در سال های آینده، استفاده از گیاهان به عنوان بیورآکتورهای زیستی برای تولید نیاز بازار ضروری باشد.

به هر حال، تولید پروتئین های دارویی در گیاهان تنها زمانی تحقق خواهد یافت که این محصولات بالاترین استانداردهای کیفی را داشته تا بتوانند در آزمایش های کلینیکی تاییدیه های لازم نظام های نظارتی برای استفاده های درمانی را کسب کنند. دستیابی به این هدف مشروط به توسعه و پیشرفت تکنیک های افزایش عملکرد و اطمینان از پایداری و کیفیت محصول در مراحل مختلف استخراج و تولید مطابق با استاندارهای GMP (Good Manufacturing Practice) است. علاوه بر این چالش های دیگری مثل ملاحظات زیست محیطی، ایمنی زیستی و ارزیابی خطر احتمالی گیاهان تراریخته که در این فرآیند رهاسازی می شوند و ایمنی محصولات حاصل از آنها نیز وجود دارد.

نوشته: دکتر کسری اصفهانی

منابع:

1. Fischer R & Schillberg S (2004) Molecular farming. Wiley-Blackwell.

2. Kamenarova K, Abumhadi N, Gecheff K, & Atanassov A (2005) Molecular farming in plants: An approach of agricultural biotechnology. Journal of Cell and Molecular Biology 4:77-86.
3. Lico C, Desiderio A, Banchieri S, & Benvenuto E (2005) Plants as biofactories: Production of pharmaceutical recombinant proteins. Proceedings of the International Congress “In the Wake of the Double Helix: From the Green Revolution to the Gene Revolution, pp 577-593.
4. Ma JK-C, et al. (2005) Molecular farming for new drugs and vaccines: current perspectives on the production of pharmaceuticals in transgenic plants. EMBO reports 6(7):593.
5. Obembe OO, Popoola JO, Leelavathi S, & Reddy SV (2011) Advances in plant molecular farming. Biotechnology advances 29(2):210-222.
6. Soria-Guerra RE, Moreno-Fierros L, & Rosales-Mendoza S (2011) Two decades of plant-based candidate vaccines: a review of the chimeric protein approaches. Plant cell reports 30(8):1367-1382.