پتانسيل بيوتكنولوژي در افزايش

 

 بهره‌وري از گياهان دارويي

 

مقدمه

سابقة‌ استفاده از گياهان دارويي به زمان‌هاي بسيار دور برمي‌گردد؛ به‌طوري‌كه حتي در كتب قديمي مانند انجيل و كتاب مقدس باستاني هند (ودا)، استفاده از برخي گياهان در درمان بيماري‌ها توصيه شده است. اما قدمت استفاده از گياهان دارويي، به‌معني روند رو به كاهش آن در دنياي مدرن امروزي نيست. امروزه در جوامع صنعتي و در بسياري از كشورهاي 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 كه توسط سازمان بهداشت جهاني ( WHO ) صورت گرفته است، بيش از 80 درصد مردم جهان (نزديك به 5 ميليارد نفر)‌، براي درمان بيماري‌ها هنوز از داروهاي گياهي استفاده مي‌كنند. تقريباً يك چهارم داروهاي تهيه‌شدة‌ دنيا داراي منشأ گياهي هستند كه يا مستقيماً از گياهان عصاره‌گيري شده‌اند و يا بر اساس تركيب گياهي،‌ مدوله و سنتز شده‌اند. كار بر روي طب سنتي و استفاده از گياهان دارويي، در سراسر جهان و به‌خصوص هند، ژاپن، پاكستان، سريلانكا و تايلند در دست انجام مي‌باشد. در اروپا و در كشورهايي از قبيل آلباني، بلغارستان، كرواسي، فرانسه، آلمان، مجارستان، هلند، اسپانيا و انگلستان و همچنين تركيه، 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 يك تركيب 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 مسكن، 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 بيوتكنولوژيك به‌منظور تكثير و افزايش توان ژنتيكي گياهان دارويي و همچنين شناسايي سريع‌تر و دقيق‌تر ژنوتيپ‌هايي كه فرآوردة بيشتري توليد مي‌كنند، مي‌تواند بسيار مفيد و از لحاظ تجاري سودآور باشد. در مطلب حاضر، روش‌هاي مختلف بيوتكنولوژيك كه مي‌توانند در زمينة افزايش بهره‌وري گياهان دارويي به‌كار روند معرفي خواهند شد.

1- كاربردهاي " كشت بافت " در زمينة گياهان دارويي

يكي از بخش‌هاي مهم بيوتكنولوژي "كشت بافت" است كه كاربردهاي مختلف آن در زمينة گياهان دارويي، از جنبه‌هاي مختلفي قابل بررسي است:

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

تكثير گياهان در شرايط آزمايشگاهي، روشي بسيار مفيد جهت توليد داروهاي گياهي باكيفيت است. روش‌هاي مختلفي براي تكثير در آزمايشگاه وجود دارد كه از جملة‌ آنها، ريزازديادي است. ريزازديادي فوايد زيادي نسبت به روش‌هاي سنتي تكثير دارد. با ريزازديادي مي‌توان نرخ تكثير را بالا برد و مواد گياهي عاري از پاتوژن توليد كرد. گزارش‌هاي زيادي در ارتباط با بكارگيري تكنيك " كشت بافت " جهت تكثير گياهان دارويي وجود دارد. با اين روش براي ايجاد كلون‌هاي گياهي از تيرة لاله در مدت 120 روز بيش از 400 گياه كوچك همگن و يك شكل گرفته شد كه 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 مشكلات زيادي مواجه خواهيم شد ولي با تكثير رويشي اين گياه از راه كشت بافت و سلول، مي‌توان بر آن مشكلات غلبه نمود. چنان‌كه مؤسسة گياهان دارويي بوداكالاز در مجارستان از راه كشت بافت و سلول گل انگشتانه موسوم به آكسفورد، توانست پايه‌هايي كاملاٌ همگن و يك شكل از گياه مذكور به‌دست آورد. از جملة گياهان ديگر مي‌توان موارد زير را نام برد:

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

1-2- باززايي از طريق جنين‌‌زايي سوماتيك (غيرجنسي):

توليد و توسعة مؤثر جنين‌هاي سوماتيك، پيش‌نيازي براي توليد گياهان در سطح تجاري است. جنين‌زايي سوماتيك فرآيندي است كه طي آن گروهي از سلول‌ها يا بافت‌هاي سوماتيك، جنين‌هاي سوماتيك تشكيل مي‌دهند. اين جنين‌ها شبيه جنين‌هاي زيگوتي (جنين‌هاي حاصل از لقاح جنسي) هستند و در محيط كشت مناسب مي‌توانند به نهال تبديل شوند. باززايي گياهان با استفاده از جنين‌زايي سوماتيك از يك سلول، در بسياري از گونه‌هاي گياهان دارويي به اثبات رسيده است. بنابراين در اين حالت با توجه به پتانسيل متفاوت سلول‌هاي مختلف در توليد يك تركيب دارويي، مي‌توان گياهاني با ويژگي برتر نسبت به گياه اوليه توليد نمود. ازجمله گياهان دارويي كه توانسته‌اند از آنها جنين سوماتيك 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 تكيه بر كشت بافت و سلول مي‌توان براي نگهداري كالتيوارهاي مورد نظر در بانك ژن يا براي نگهداري طولاني مدت اندام‌هاي تكثير گياه در محيط نيتروژن مايع، اقدام نمود. نگهداري در سرما، يك تكنيك مفيد جهت حفاظت از كشت‌هاي سلولي در شرايط آزمايشگاهي است. در اين روش با استفاده از نيتروژن مايع (196- درجه سانتي‌گراد) فرآيند تقسيم سلولي و ساير فرآيندهاي متابوليكي و بيوشيميايي متوقف شده و در نتيجه مي‌توان بافت يا سلول گياهي را مدت زمان بيشتري نگهداري و حفظ نمود. با توجه به اينكه مي‌توان از كشت‌هاي نگهداري شده در سرما، گياه كامل باززايي كرد، لذا اين تكنيك 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 كشت‌هاي سلولي گياهان دارويي توليدكنندة آلكالوئيد همچون Rauvollfia serpentine , D. lanalta , A. belladonna , Hyoscyamus spp . است. اين تكنيك، مي‌تواند جهت نگهداري طيفي از بافت‌هاي گياهي چون مريستم‌ها، بساك و دانة گرده، جنين، كالوس و پروتوپلاست به‌كار رود. تنها محدوديت اين روش، مشكل دسترسي به نيتروژن مايع است.

1-4- توليد متابوليت‌هاي ثانويه از گياهان دارويي:

از لحاظ تاريخي، اگرچه تكنيك " كشت بافت " براي اولين بار، در سال‌هاي 1940-1939 در مورد گياهان به‌كار گرفته‌شد، ولي در سال 1956 بود كه يك شركت دارويي در كشور آمريكا ( Pfizer Inc ) اولين پتنت را در مورد توليد متابوليت‌ها با استفاده از كشت توده‌اي سلول‌ها منتشر كرد. كول و استابو (1967) و هبل و همكاران (1968) توانستند مقادير بيشتري از تركيبات ويسناجين ( Visnagin ) و ديوسجنين ( Diosgenin ) را با استفاده از كشت بافت نسبت به حالت طبيعي (استخراج از گياه كامل) به‌‌دست آورند. گياهان، منبع بسياري از مواد شيميايي هستند كه به‌عنوان تركيب دارويي مصرف مي‌شوند. فرآورده‌هاي حاصل از متابوليسم ثانويه گياهي ( Secondary Metabolite ) جزو گرانبهاترين تركيب شيميايي گياهي ( Phytochemical ) هستند. با استفاد از كشت بافت مي‌توان متابوليت‌هاي ثانويه را در شرايط آزمايشگاهي توليد نمود. لازم به‌ذكر است كه متابوليت‌هاي ثانويه، دسته‌اي از مواد شامل اسيدهاي پيچيده، لاكتون‌ها، فلاونوئيدها و آنتوسيانين‌ها هستند كه به‌صورت عصاره يا پودرهاي گياهي در درمان بسياري از بيماري‌هاي شايع به‌كار برده مي‌شوند.

1-4-1-راهكارهاي افزايش متابوليت‌هاي ثانويه گياهي از طريق كشت بافت

1- استفاده از محرك‌هاي ( Elicitors ) زنده و غير زنده‌اي كه مي‌توانند مسيرهاي متابوليكي سنتز متابوليت‌هاي ثانويه را تحت تأثير قرار داده و ميزان توليد آنها را افزايش دهند. لازم به‌ذكر است كه اين محرك‌ها در شرايط طبيعي نيز بر گياه تأثير گذاشته و باعث توليد يك متابوليت خاص مي‌شوند.

2- افزودن تركيب اولية ( Precursor ) مناسب به محيط‌كشت، با اين ديدگاه كه توليد محصول نهايي در نتيجه وجود اين تركيبات در محيط‌كشت، القاء شود.

3- افزايش توليد يك متابوليت ثانويه در اثر ايجاد ژنوتيپ‌هاي جديدي كه از طريق امتزاج پروتوپلاست يا مهندسي ژنتيك، به‌دست مي‌آيند.

4- استفاده از مواد موتاژن جهت ايجاد واريته‌هاي پربازده

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

1-4-2- مثال‌ها

مثال‌هاي قابل ذكر آنقدر زياد است كه تصور مي‌شود هر ماده‌اي با منشاء گياهي، از جمله، متابوليت‌هاي ثانويه را مي‌توان به‌وسيلة كشت‌هاي سلولي توليد كرد: از جمله تركيباتي كه از طريق كشت سلولي و كشت بافت به توليد انبوه رسيده است،‌ داروي ضد سرطان تاكسول است. اين دارو كه در درمان سرطان‌هاي سينه و تخمدان به‌كار مي‌رود از پوست تنه درخت سرخدار ( Taxus brevilifolia L. ) استخراج مي‌گردد. از آنجايي‌كه توليد تاكسول به‌دليل وجود 10 هستة استروئيدي در ساختار شيميايي آن بسيار مشكل است و جمعيت طبيعي درختان سرخدار نيز براي استخراج اين ماده بسيار اندك است، لذا راهكار ديگري را براي توليد تاكسول بايد به‌كار گرفت. در حال حاضر، براي توليد تاكسول از تكنيك كشت بافت و كشت قارچ‌هايي كه بر روي درخت رشد كرده و تاكسول توليد مي‌كنند،‌ استفاده مي‌گردد.

سولاسودين ( Solasodine ) نيز از تركيبات ديگري است كه از طريق كشت سوسپانسيون سلولي گياه Solanum eleganifoliu به‌دست مي‌آيد. از جمله متابوليت‌هاي ديگري كه از طريق تكنيك كشت بافت و در مقياس تجاري توليد مي‌شود، شيكونين ( Shikonin ) (رنگي با خاصيت ضد حساسيت و ضد باكتري) است. مثال‌هاي زير گوياي كارايي تكنيك كشت بافت در توليد متابوليت‌هاي ثانويه است.

توليد آلكالوئيد پيروليزيدين ( Pyrolizidine ) از كشت بافت ريشة Senecio sp ، سفالين ( Cephaelin ) و امتين ( Emetine ) از كشت كالوس Cephaelis ipecacuanha ، آلكالوئيد كوئينولين ( Quinoline ) از كشت سوسپانسيون سلولي Cinchona ledgerione و افزايش بيوسنتز آلكالوئيدهاي ايندولي با استفاده از كشت سوسپانسيون سلولي گياه

1-4-3- استفاده از بيورآكتورها در توليد صنعتي متابوليت‌هاي ثانويه

توليد متابوليت ثانوية گياهي با خصوصيات دارويي در شرايط آزمايشگاهي، فوايد زيادي در مقايسه با استخراج اين تركيبات از گياهان، تحت شرايط طبيعي دارد. كنترل دقيق پارامترهاي مختلف، سبب مي‌شود كه كيفيت مواد حاصل در طول زمان تغيير نكند. درحالي كه در شرايط طبيعي مرتباٌ تحت تأثير شرايط آب و هوايي و آفات است. تحقيقات زيادي در زمينة استفاده از كشت‌هاي سوسپانسيون و سلول گياهي براي توليد متابوليت‌هاي ثانويه صورت گرفته است. از جمله ابزارهايي كه براي كشت وسيع سلول‌هاي گياهي به‌كار رفته‌اند، بيورآكتورها هستند. بيورآكتورها، مهمترين ابزار در توليد تجاري متابوليت‌هاي ثانويه از طريق روش‌هاي بيوتكنولوژيك، محسوب مي‌شوند.

مزاياي استفاده از بيورآكتورها در كشت انبوه سلول‌هاي گياهي عبارتند از:

1- كنترل بهتر و دقيق‌تر شرايط خاص مورد نياز براي توليد صنعتي تركيبات فعال زيستي از طريق كشت سوسپانسيون سلولي

2- امكان تثبيت شرايط در طول مراحل مختلف كشت سلولي در بيورآكتور

3- جابجايي و حمل‌ونقل آسان‌تر كشت (مثلاً، برداشتن مايه‌كوبه در اين حالت راحت است)

4- با توجه به اينكه در شرايط كشت سوسپانسيون، جذب مواد غذايي به‌وسيلة سلول‌ها افزايش مي‌يابد، لذا نرخ تكثير سلول‌ها زياد شده و به‌تبع آن ميزان محصول (تركيب فعال زيستي) بيشتر مي‌شود.

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

سيستم بيورآكتور براي كشت‌هاي جنين‌زا و ارگانزاي چندين گونة گياهي به‌كار رفته است كه از آن‌جمله مي‌توان به توليد مقادير زيادي سانگئينارين ( sanguinarine ) از كشت سوسپانسيون سلولي Papaver somniferum با استفاده از بيورآكتور، اشاره كرد. با توجه به اينكه بيورآكتورها، 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 شيكونين صورت گرفته است.

2- مهندسي ژنتيك

شاخة بعدي بيوتكنولوژي كه در زمينة گياهان دارويي كاربردهاي فراواني دارد، "مهندسي ژنتيك" است. پيشرفت‌هاي اخير در زمينة ژنتيك گياهي و تكنولوژي DNA نوتركيب، كمك شاياني به بهبود و تقويت تحقيقات در زمينة بيوسنتز متابوليت‌هاي ثانويه كرده است. قسمت اعظمي از تحقيقات در زمينة متابوليت‌هاي ثانويه، به‌روي شناسايي و دستكاري ژنتيكي آنزيم‌هاي دخيل در مسير متابوليكي سنتز يك متابوليت ثانويه، متمركز شده‌است. ابزار طبيعي كه در فرآيند مهندسي ژنتيك و در اكثر گونه‌هاي گياهي و بخصوص گياهان دولپه به‌كار مي‌رود، يك باكتري خاكزي به‌نام آگروباكتريوم ( Agrobacterium ) است. گونه‌هاي مختلف اين باكتري، مهندسان طبيعي هستند كه بيماري‌هاي‌ تومور گال طوقه‌ ( Crown Gall Tumour ) و ريشة مويي ( Hairy Root ) را در گياهان سبب مي‌شوند. تحقيقات نشان داده‌است كه ريشه‌هاي مويي توليد شده به‌وسيلة گونه‌اي از اين باكتري به‌نام‌ A. rhizogenes ‌، بافتي مناسب براي توليد متابوليت ثانويه هستند. به علت پايداري و توليد زياد اين بافت‌ها در شرايط كشت عاري از هورمون، تاكنون گونه‌هاي دارويي زيادي با استفاده از اين باكتري تغيير يافته‌اند. كه از آن جمله مي‌توان به كشت ريشة‌ مويي گياه دارويي Artemisia annua ‌ به‌منظور توليد تركيب دارويي فعال، اشاره كرد.

بنابراين مي‌توان ديد كه مهندسي ژنتيك مي‌تواند به‌عنوان ابزاري قدرتمند جهت توليد متابوليت‌هاي ثانوية جديد و همچنين افزايش مقدار متابوليت‌هاي ثانويه موجود در يك گياه به‌كار رود.

3- نشانگرهاي مولكولي

بخش مهم بعدي داراي كاربرد فراوان در حوزة گياهان دارويي، "نشانگرهاي مولكولي" است. قبل از اينكه به موارد كاربرد نشانگرهاي مولكولي پرداخته شود، لازم است دلايل لزوم استفاده از نشانگرهاي مولكولي در زمينة گياهان دارويي ذكر شود:

3-1- دلايل استفاده از نشانگرهاي مولكولي در زمينة گياهان دارويي:

فاكتورهايي همچون خاك و‌ شرايط آب و هوايي، بقاي يك گونة خاص و همچنين محتواي تركيب دارويي اين گياه را تحت تأثير قرار مي‌دهند. در چنين حالاتي علاوه بر اينكه بين ژنوتيپ‌هاي مختلف يك گونه تفاوت ديده مي‌شود از لحاظ تركيب دارويي فعال نيز با هم فرق مي‌كنند. در هنگام استفادة تجاري، از اين گياه دو فاكتور، كيفيت نهايي داروي استحصالي از اين گياه را تحت تأثير قرار مي‌دهند:

1- تغيير محتواي يك تركيب دارويي خاص در گياه مورد نظر

2- اشتباه گرفتن يك تركيب دارويي خاص با اثر كمتر كه از گياهان ديگر به‌دست آمده است. به‌جاي تركيب دارويي اصلي كه از گياه اصلي به‌دست مي‌آيد.

چنين تفاوت‌هايي، مشكلات زيادي را در تعيين و تشخيص گياهان دارويي خاص، با استفاده از روش‌هاي سنتي (مرفولوژيكي و ميكروسكوپي)، به‌دنبال خواهد داشت. براي روشن‌شدن موضوع به مثال زير توجه كنيد:

كوئينون يك تركيب دارويي است كه از پوست درخت سينكونا ( cinchona ) به‌دست مي‌آيد. پوست درختان سينكونا كه در جلگه‌ها كشت شده‌اند، حاوي كوئيوني است كه از لحاظ دارويي فعال است. گونه‌هاي مشابهي از اين درخت وجود دارند كه به‌روي تپه‌ها و زمين‌هاي شيبدار رشد مي‌كنند و از لحاظ مرفولوژيكي (شكل ظاهري) مشابه گونه‌هايي هستند كه در جلگه‌ها رشد مي‌كنند، اما در اين گونه‌ها كوئيون فعال وجود ندارد.

در طول دهه‌هاي گذشته، ابزارهايي كه براي استانداردسازي داروهاي گياهي به‌وجود آمده‌اند، شامل ارزيابي ماكروسكوپيك و ميكروسكوپيك و همچنين تعيين نيمرخ شيميايي ( Chemoprofiling ) مواد گياهي بوده‌اند. قابل ذكر است كه نيمرخ شيميايي، الگوي شيميايي ويژه‌اي براي يك گياه است كه از تجزية عصارة‌ آن گياه به‌وسيلة تكنيك‌هايي چون TLC و HPTLC و HPLC ‌ به‌دست آمده است. ارزيابي ماكروسكوپيك مواد گياهي نيز بر اساس پارامترهايي چون شكل، اندازه، رنگ، بافت،‌ خصوصيات سطح گياه، مزه و غيره صورت مي‌گيرد. علاوه بر اين، بسياري از تكنيك‌هاي آناليز، همچون آناليز حجمي ( Volumetric Analysis )، كروماتوگرافي گازي ( Gas Chromatography )، كروماتوگرافي ستوني ( Column Chromatography ) و روش‌هاي اسپكتروفتومتريك نيز براي كنترل كيفي و استانداردسازي مواد دارويي گياهي، مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

گرچه در روش‌هاي فوق، اطلاعات زيادي در مورد يك گياه دارويي و تركيبات دارويي موجود در آن فراهم آيد، ولي مشكلات زيادي نيز به‌همراه دارد. مثلاً براي اينكه يك تركيب شيميايي به‌عنوان يك نشانگر ( Marker ) جهت شناسايي يك گياه دارويي خاص، مورد استفاده قرار گيرد، بايد مختص همان‌گونة گياهي خاص باشد، در حالي‌كه همة گياهان دارويي، داراي يك تركيب شيميايي منحصربه‌فرد نيستند. همچنين بين بسياري از مولكول‌هاي شيميايي كه به‌عنوان نشانگر و يا تركيب دارويي خاص مدنظر هستند، هم‌پوشاني معني‌داري وجود دارد؛ اين موضوع در مورد تركيبات فنولي و استرولي حادتر است.

يكي از عوامل مهم ديگري كه 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، فاكتورهاي ديگري، پروفيل شيميايي يك گياه را تغيير مي‌دهند. كه از جمله اين فاكتورها مي‌توان فاكتورهاي دروني چون عوامل ژنتيكي و فاكتورهاي بروني چون كشت، برداشت، خشك‌كردن و شرايط انبارداري گياهان دارويي را ذكر نمود. مطالعات شيموتاكسونوميكي (طبقه‌بندي گياهان بر اساس تركيبات شيميايي موجود در گياه) كه به‌طور معمول در آزمايشگاه‌هاي مختلف استفاده مي‌شوند، تنها مي‌توانند به‌عنوان معيار كيفي در مورد متابوليت‌هاي ثانويه، مورد استفاده قرار مي‌گيرند و براي تعيين كمي اين تركيبات، استفاده از نشانگرهاي ويژه (شيميايي) كه به‌كمك آن به آساني بتوان گونه‌هاي گياهان دارويي را از يكديگر تشخيص داد، يك الزام است.‌ در اين رابطه، همان‌طور كه در فوق ذكر شد، در هرگياه يك نشانگر منحصر به فرد را نمي‌توان يافت.

مشكلي كه در شناسايي گونه‌هاي گياهان دارويي با استفاده از صفات مرفولوژيك وجود دارد، وجود نام‌هاي گياهشناسي متفاوت در مورد يك گياه در نواحي مختلف جهان است. در اين حالت ممكن است گونه‌هاي گياهان دارويي نادر و مفيد، با گونه‌هاي ديگري كه از لحاظ مرفولوژيكي به گياه اصلي شبيه‌اند، اشتباه فرض شوند.

بنابراين، با توجه به مشكلات 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 تكنيك‌هاي نوين مي‌تواند ابزاري قدرتمند در استفاده كارا از گونه‌هاي مؤثر دارويي محسوب شود. از جمله مزاياي اين نشانگرها، عدم وابستگي به سن و شرايط فيزيولوژيكي و محيطي گياه دارويي است. پروفيلي كه از انگشت نگاري DNA ‌ يك گياه دارويي به‌دست مي‌آيد، كاملاً به همان گونه اختصاص دارد. همچنين براي استخراج DNA به‌عنوان مادة آزمايشي در آزمايشات نشانگرهاي مولكولي، علاوه بر بافت تازه، مي‌توان از بافت خشك نيز استفاده نمود و از اين رو، شكل فيزيكي نمونه براي ارزيابي آن گونه، اهميت ندارد. نشانگرهاي مختلفي بدين منظور ايجاد شده‌اند كه 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 كرد.

3-2- برخي موارد كاربرد نشانگرهاي DNA در زمينة گياهان دارويي:

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

تحقيقات نشان داده است كه شرايط جغرافيايي،‌ مواد دارويي فعال گياهان دارويي را از لحاظ كمي و كيفي، 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 كل مادة مؤثرة گياهان دارويي

2- تاثير بر عناصر تشكيل دهندة مواد مؤثره

3- تاثير بر مقدار توليد وزن خشك گياه

عوامل محيطي كه تاثير بسيار عمده‌اي بر كميت و كيفيت مواد مؤثرة آنها مي‌گذارد عبارتنداز نور، درجه حرارت، آبياري و ارتفاع محل. بنابراين نياز است كه 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 مولكول DNA (ژنتيك) مطالعه نموده‌اند. اين برآوردها از تنوع ژنتيكي مي‌تواند در طراحي برنامه‌هاي اصلاحي گياهان دارويي و همچنين مديريت و حفاظت از ژرم‌پلاسم آنها به‌كار رود. از جمله گياهان دارويي كه از نشانگرهاي مولكولي، براي ارزيابي تنوع ژنتيكي 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 كرد. اهميت استفاده از اين نشانگرها، به‌ويژه در مورد گونه‌ها و يا واريته‌هايي كه از لحاظ مرفولوژيكي و فيتوشيميايي به هم شبيهند، دوچندان مي‌شود. گاهي ممكن است بر اثر اصلاح گياهان دارويي كالتيوارهايي به‌وجود آيد كه هر چند از نظر ظاهر با ساير افراد آن‌گونه تفاوتي ندارد ولي از نظر كميت و كيفيت مواد مؤثره اختلاف‌هاي زيادي با آنها داشته باشد. در اين حالت اصلاح‌كنندگان چنين گياهاني بايد تمام مشخصات آن كالتيوار را از نظر خصوصيات مواد مؤثره ارايه دهند كه شناسايي و معرفي خصوصيات مذكور مستلزم صرف هزينه و زمان زياد از نظر كسب اطلاعات گسترده دربارة فرآيندهاي متابوليسمي گياه مربوطه است. به‌علاوه امكان تغييرپذيري وضعيت توليد و تراوش مواد مؤثره در مراحل مختلف رويش گياه همواره بايد مورد نظر اصلاح‌كننده 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 يك راهكار جديد به‌نام DALP ( Direct Amplification of Length Polymorphism ) براي شناسايي دقيق Panax ginseng و Panax quinquefolius استفاده كرده‌اند.

">

3-2-3- انتخاب كيموتايپ‌هاي ( Chemotypes ) مناسب به‌كمك نشانگر

علاوه بر شناسايي دقيق گونه‌ها، پيش‌بيني غلظت مادة شيميايي فعال گياهي ( Active Phytochemical ) نيز براي كنترل كيفي يك گياه دارويي مهم است . شناسايي نشانگرهاي ( DNA QTL ) كه با مقدار آن تركيب دارويي خاص همبستگي دارند، مي‌تواند جهت كنترل كيفي و كمي مواد خام گياهي، مؤثر واقع شود. لازم به‌ذكر است كه تنها تفاوت بين كيموتايپ‌هاي مختلف، مقدار مادة شيميايي فعال آنها است. همچنين، پروفيل‌هاي حاصل از نشانگرهاي DNA مي‌توانند جهت تعيين روابط فيلوژنتيكي (خويشاوندي)‌ بين كيموتايپ‌هاي مختلف يك گونه گياه دارويي به‌كار روند. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي به‌منظور تعيين رابطة بين نشانگرهاي DNA و تنوعات كمي وكيفي تركيبات فعال دارويي در بين گونه‌ها و خويشاوندان نزديك گياهان دارويي، صورت گرفته و يا در حال انجام است. از طرفي، به‌كارگيري توأم تكنيك‌هاي مولكولي و تكنيك‌هاي آناليزي ديگر، چون TLC و HPLC ، مي‌تواند شناخت ما را نسبت به يك گونة دارويي خاص و به تبع آن كنترل كيفي و كمي تركيب دارويي مورد نظر در سطح صنعتي، افزايش دهد. به‌عنوان مثال بررسي تنوع ژنتيكي Artemisia annua ، به‌عنوان منبع تركيب ضد ملارياي آرتميزينين ( artemisinin )، نشان مي‌دهد كه ژنوتيپ‌هاي اين گياه در سراسر هند، از لحاظ محتواي اين تركيب (مقدار مادة مؤثرة آرتمزينين)، تنوع نشان مي‌دهند. اين بررسي با استفاده از نشانگر RAPD (يك نوع نشانگر DNA ) صورت گرفته است.

3-2-4- اصلاح گياهان دارويي

اگرچه كاشت گياهان دارويي به هزاران سال پيش باز مي‌گردد ولي بايد گفت كه در مورد اصلاح آنها تاكنون پيشرفت قابل ملاحظه‌اي صورت نگرفته است و در حال حاضر، تعداد كالتيوارهاي مفيد به‌دست آمده بر اثر اصلاح گياهان دارويي اندك است. هدف از اصلاح گياهان دارويي، افزايش كميت و كيفيت آن دسته از مواد مؤثره در اين گياهان است كه در صنايع دارويي از اهميت خاصي برخوردار هستند. در سال‌هاي اخير توجه خاصي از جانب سازمان‌هاي مختلف در كشورهاي جهان در ارتباط با اصلاح اين گياهان صورت گرفته است. در اين رابطه، استفاده از نتايج حاصل از انگشت‌نگاري ( fingerprinting ) مولكولي 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 كافي اندام مذكور از نظر استحصال (مثلاٌ زود نريختن ميوه و باقي ماندن آن در گياه به مدت كافي)، هماهنگي و همزماني رشد و نمو اندام‌هاي مورد استحصال (مثلاٌ رسيده شدن همزمان تمامي ميوه‌ها و با هم نبودن ميوه‌هاي كال 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 كشت گياهان دارويي مي‌توان به توليد انبوه محصول اندامي كه محتوي مقادير بسيار كم از ماده مؤثرة خاصي است، يا (به‌عكس) به توليد كمتر از انبوه اندامي كه همان مادة مؤثره را بيشتر تراوش مي‌دهد توجه نمود.

به‌عنوان مثال، مشخص شده است كه نشانگرهاي ISSR-PCR ، تكنيكي مؤثر و كارا براي شناسايي گياهچه‌هاي زيگوتي (گياهچه‌هاي حاصل از تلاقي جنسي) در تلاقي‌هاي بين‌پلوئيدي در مركبات است.

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

تاكنون نشانگرهاي مولكولي مبتني بر DNA در طيف وسيعي از مطالعات مربوط به گياهان زراعي خواركي استفاده شده‌اند. اين موارد استفاده، شامل مطالعة تنوع ژنتيكي، شناسايي ارقام، مطالعات اصلاحي،‌ شناسايي ژن‌هاي مقاومت به بيماري،‌ شناسايي محل ژن‌هاي صفات كمي ( QTL )، آناليز تنوع ژرم‌پلاسم خارجي، شناسايي جنسي گياهان دوپايه و آناليز فيلوژنتيك (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 ژنتيكي ( GMO )، چندين كشور اروپايي همچون آلمان و سوئيس، روش‌هاي مبتني بر RCR را براي شناسايي و تعيين كمي اين گونه غذاها، در سطح كشور خود توسعه داده‌اند. همچنين كشور ايرلند، مؤسسه‌اي را براي شناسايي فرآورده‌هاي تغيير يافتة ژنتيكي فاقد مجوز كه در بازارهاي بين‌المللي وارد شده‌اند و به‌طور اخص براي تعيين ذرت تغيير يافتة‌ ژنتيكي با استفاده از تكنيك PCR ،‌ تأسيس نموده است.

4- پتانسيل اقتصادي گياهان دارويي

طبق برآوردهاي صورت گرفته در سال‌هاي اخير، ارزش بازارهاي جهاني داروهاي گياهي كه شامل گياهان دارويي و فرآورده‌هاي آنهاست، همواره با رشد قابل توجهي روبه افزايش بوده است. با توجه به اينكه 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 تركيبات پرداخته شود. متابوليت‌‌هاي ثانويه معمولاً از ارزش افزودة بسيار بالايي برخوردار هستند. به‌طوري‌كه ارزش فروش برخي از اين تركيبات 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 تاكسول ( Taxol ) به چند هزار دلار مي‌‌رسد. همان‌طور كه قبلاٌ اشاره شد، تاكسول يكي از تركيبات دارويي است كه 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 تاكسول تا 5/2 ميليون تومان نيز رسيده است. از آنجايي‌كه رشد اين درخت به‌كندي صورت مي‌گيرد و منابع دسترسي به اين گياه محدود بوده و براي درمان يك بيمار سرطاني، حدود 28 كيلوگرم از پوست درخت سرخدار لازم است (مقدار مذكور، معادل پوست سه درخت يكصدساله 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 كشت‌ سلولي‌ و در شرايط آزمايشگاهي توليد مي‌نمايند. با اين روش، توليد يك گرم از داروي تاكسول حدود 250 دلار هزينه دارد، در حالي‌كه 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. آمريكا 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 بيوتكنولوژي در اين بازار بسيار حايز اهميت بوده است. جدول شمارة (1) و نمودار شمارة (1) ميزان رشد و ارزش بازار اين داروها را نشان مي‌دهند.


جدول 1- بازار جهاني داروهاي مشتق از گياهان (ميليارد دلار)



نمودار 1- ميزان رشد بازار جهاني داروهاي گياهي (2007-1999)

5- نتيجه‌گيري

گياهان دارويي، يكي از منابع مهم توليد دارو هستند كه بشر ساليان دراز، از آنها استفاده نموده است و در حال حاضر نيز نه‌تنها ارزش خود را در زمينة توليد دارو از دست نداده‌اند بلكه اهميت آنها نيز فزوني يافته است؛ چنان‌كه برخي از داروهاي گرانقيمت مانند تاكسول و يا برخي از تركيبات دارويي كه مصرف آنها زياد است مانند آسپرين و ديجيتوكسين، 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 كه تجويز طولاني مدت دارو براي رفع عوارض بيماري، مورد نياز است، به‌عنوان بهترين گزينه خواهند بود.

بر اساس آمار موجود، بيشترين داروهاي مصرفي كشور 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 ژنتيك و بيوتكنولوژي مي‌توانند به‌منظور افزايش بهره‌وري از اين گياهان مورد استفاده قرار گيرند؛ چنان‌كه كشت بافت با تكثير و حفاظت از ژنوتيپ‌هاي مفيد گياهان زراعي مي‌تواند مشكل ازدياد و نگهداري به روش سنتي را برطرف سازد. همچنين با استفاده از مهندسي ژنتيك مي‌توان گياهان دارويي تراريخته‌اي به‌دست آورد كه مي‌توانند متابوليت‌هاي ثانويه و تركيبات دارويي بيشتر و يا جديدتري را توليد نمايند. علاوه بر اين تحقيقات گسترده‌اي كه در زمينة كاربرد نشانگرهاي DNA در زمينة گياهان دارويي در مؤسسات تحقيقاتي مختلف جهان در حال انجام است، گوياي توجه محققان به اين ابزارهاي قدرتمند است؛ به‌طوري‌كه در هند كه يكي از دو كشور عمدة توليدكنندة گياهان دارويي در جهان است، چندين دانشكدة كشاورزي و مؤسسة تحقيقاتي در زمينة استفاده از تكنيك هاي مبتني بر DNA ، جهت شناسايي گياهان دارويي، مشغول فعاليت مي‌باشند. در بسياري از كشورهاي جهان، از سال‌هاي قبل، برنامه‌هاي مدوني به‌منظور استفادة تجاري از گياهان زراعي تدوين شده است. براي مثال، در سال 1989، وزارت كشاورزي، 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 گليكوزيدهاي مهم از بقاياي گياهي همچون چوب، شاخه، برگ و پوست درختان بود. در اروپا، كانادا و آمريكا نيز فعاليت‌هاي تحقيقاتي و توليدي گسترده‌اي در زمينة گياهان دارويي انجام شده و يا در حال انجام است كه به دليل كثرت 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 يك منبع درآمد مطمئن، لازم است در كشور ما نيز برنامة مدون و جامعي در اين زمينه تدوين شده و بخشي از تحقيقات بيوتكنولوژي كشاورزي در دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقيقاتي بر روي شناسايي، توليد صنعتي و بهينه‌سازي روش‌هاي استخراج متابوليت‌هاي دارويي از اين گياهان اختصاص يابد.

مآخذ:

1- ميردريكوند، محمد. 1381. اهميت بيوتكنولوژي گياهي و حوزه‌هاي مختلف كاربرد آن. شبكه تحليلگران تكنولوژي ايران.

2- اميدبيگي، رضا. 1379. رهيافت‌هاي توليد و فرآوري گياهان دارويي. 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