استفاده از ترکیبات دارویی مشتق از گیاهان، نه تنها قدمت زیادی دارد، بلکه به‌دلیل عوارض جانبی بی‌شمار داروهای شیمیایی از یک‌سو و نارسایی‌های متعدد طب نوین در درمان برخی از بیماری‌ها با گذشت زمان، بار دیگر پرورش و تولید گیاهان دارویی با رشد قابل‌توجهی روبرو شده‌است. در مقاله حاضر سعی شده است تا ضمن معرفی برخی از روش‌های بیوتکنولوژیک مورد استفاده در شناسایی و تولید گیاهان دارویی، اهمیت اقتصادی متابولیت‌های دارویی مشتق از این گیاهان و ارزش بالای آنها برای کشورهایی همچون ایران که دارای تنوع بالایی از گیاهان دارویی هستند مشخص شود:

مقدمه

سابقه‌ 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 ۸۰ درصد مردم جهان (نزدیک به ۵ میلیارد نفر)‌، برای درمان بیماری‌ها هنوز از داروهای گیاهی استفاده می‌کنند. تقریباً یک چهارم داروهای تهیه‌شده‌ 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 ۱۵۰۰ گونه از گیاهان دارویی و معطر مورد استفاده قرار گرفته و در حدود ۱۴۰۰ محصول گیاهی در اروپا و ایالات متحده تولید می‌شود. در حدود ۲۵ درصد از داروهای تجویزشده در ایالات متحده، حاوی حداقل یک ترکیب فعال گیاهی هستند. در چین، فروش داروهای سنتی در طول ۵ 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 فرآورده بیشتری تولید می‌کنند، می‌تواند بسیار مفید و از لحاظ تجاری سودآور باشد. در مطلب حاضر، روش‌های مختلف بیوتکنولوژیک که می‌توانند در زمینه افزایش بهره‌وری گیاهان دارویی به‌کار روند معرفی خواهند شد.

۱- کاربردهای ” کشت بافت ” در زمینه گیاهان دارویی

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

۱-۱- 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 جمله‌ 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 تیره لاله در مدت ۱۲۰ روز بیش از ۴۰۰ گیاه کوچک همگن و یک شکل گرفته شد که ۹۰ 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 مؤسسه 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 جمله گیاهان دیگر می‌توان موارد زیر را نام برد:

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

۱-۲- باززایی از طریق جنین‌‌زایی سوماتیک (غیرجنسی):

تولید و توسعه 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

۱-۳- 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 (۱۹۶- 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 تولیدکننده آلکالوئید همچون Rauvollfia serpentine , D. lanalta , A. belladonna , Hyoscyamus spp . است. این تکنیک، می‌تواند جهت نگهداری طیفی از بافت‌های گیاهی چون مریستم‌ها، بساک و دانه گرده، جنین، کالوس و پروتوپلاست به‌کار رود. تنها محدودیت این روش، مشکل دسترسی به نیتروژن مایع است.

۱-۴- تولید متابولیت‌های ثانویه از گیاهان دارویی:

از لحاظ تاریخی، اگرچه تکنیک ” کشت بافت ” برای اولین بار، در سال‌های ۱۹۴۰-۱۹۳۹ در مورد گیاهان به‌کار گرفته‌شد، ولی در سال ۱۹۵۶ 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 (۱۹۶۷) و هبل و همکاران (۱۹۶۸) 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.

۱-۴-۱-راهکارهای افزایش متابولیت‌های ثانویه گیاهی از طریق کشت بافت

۱- 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.

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

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

۴- استفاده از مواد موتاژن جهت ایجاد واریته‌های پربازده

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

۱-۴-۲- مثال‌ها

مثال‌های قابل ذکر آنقدر زیاد است که تصور می‌شود هر ماده‌ای با منشاء گیاهی، از جمله، متابولیت‌های ثانویه را می‌توان به‌وسیله 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 ۱۰ هسته 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 ریشه 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

۱-۴-۳- استفاده از بیورآکتورها در تولید صنعتی متابولیت‌های ثانویه

تولید متابولیت ثانویه 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 زمینه 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:

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

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

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

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

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

سیستم بیورآکتور برای کشت‌های جنین‌زا و ارگانزای چندین گونه 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.

۲- مهندسی ژنتیک

شاخه بعدی بیوتکنولوژی که در زمینه گیاهان دارویی کاربردهای فراوانی دارد، “مهندسی ژنتیک” است. پیشرفت‌های اخیر در زمینه ژنتیک گیاهی و تکنولوژی DNA نوترکیب، کمک شایانی به بهبود و تقویت تحقیقات در زمینه بیوسنتز متابولیت‌های ثانویه کرده است. قسمت اعظمی از تحقیقات در زمینه 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 ریشه مویی ( Hairy Root ) را در گیاهان سبب می‌شوند. تحقیقات نشان داده‌است که ریشه‌های مویی تولید شده به‌وسیله 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 ریشه‌ 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 ثانویه جدید و همچنین افزایش مقدار متابولیت‌های ثانویه موجود در یک گیاه به‌کار رود.
۳- نشانگرهای مولکولی

بخش مهم بعدی دارای کاربرد فراوان در حوزه گیاهان دارویی، “نشانگرهای مولکولی” است. قبل از اینکه به موارد کاربرد نشانگرهای مولکولی پرداخته شود، لازم است دلایل لزوم استفاده از نشانگرهای مولکولی در زمینه گیاهان دارویی ذکر شود:

۳-۱- دلایل استفاده از نشانگرهای مولکولی در زمینه گیاهان دارویی:

فاکتورهایی همچون خاک و‌ شرایط آب و هوایی، بقای یک گونه 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 استفاده تجاری، از این گیاه دو فاکتور، کیفیت نهایی داروی استحصالی از این گیاه را تحت تأثیر قرار می‌دهند:

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

۲- 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 تجزیه عصاره‌ آن گیاه به‌وسیله 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 همان‌گونه گیاهی خاص باشد، در حالی‌که همه 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 زمینه شناسایی گیاهان دارویی با استفاده از روش‌های سنتی و با توجه به پیشرفت محققین در زمینه 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 ماده 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.

۳-۲- برخی موارد کاربرد نشانگرهای DNA در زمینه گیاهان دارویی:

۳-۲-۱- 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 پایه تحقیقات انجام شده، عوامل محیطی محل رویش گیاهان دارویی در سه محور زیر بر آنها تاثیر می‌گذارد:

۱- تاثیر بر مقدار کل ماده مؤثره گیاهان دارویی

۲- تاثیر بر عناصر تشکیل دهنده مواد مؤثره

۳- تاثیر بر مقدار تولید وزن خشک گیاه

عوامل محیطی که تاثیر بسیار عمده‌ای بر کمیت و کیفیت مواد مؤثره 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

۳-۲-۲- 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 درباره 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 گونه 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 ماده 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 ماده 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 رابطه 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 گونه 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 ماده مؤثره آرتمزینین)، تنوع نشان می‌دهند. این بررسی با استفاده از نشانگر RAPD (یک نوع نشانگر DNA ) صورت گرفته است.

۳-۲-۴- 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 ماده 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 مؤثره خاصی است، یا (به‌عکس) به تولید کمتر از انبوه اندامی که همان ماده 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.

۳-۲-۵- استفاده از نشانگرها در زمینه غذاداروها ( Nutraceutical ):

تاکنون نشانگرهای مولکولی مبتنی بر DNA در طیف وسیعی از مطالعات مربوط به گیاهان زراعی خوارکی استفاده شده‌اند. این موارد استفاده، شامل مطالعه 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 زمینه غذاداروها رایج شده است. مثلاً، بر اساس قوانین اتحادیه اروپا، مبنی بر برچسب‌گذاری ( Labeling ) غذاها و محصولات تغییر یافته 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 یافته ژنتیکی فاقد مجوز که در بازارهای بین‌المللی وارد شده‌اند و به‌طور اخص برای تعیین ذرت تغییر یافته‌ ژنتیکی با استفاده از تکنیک PCR ،‌ تأسیس نموده است.

۴- 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 عرضه متابولیت‌های ثانویه 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 افزوده 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 ۵/۲ 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 ۲۸ 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 ۲۵۰ دلار هزینه دارد، در حالی‌که با قیمتی حدود ۲۰۰۰ دلار در بازار عرضه می‌گردد.

بر اساس آمارهای موجود، ارزش بازار جهانی داروهای مشتق از گیاهان در سال ۲۰۰۲، با رشد ۲/۶ درصدی نسبت به سال پیش از آن، به ۷/۱۳ میلیارد دلار بالغ گردید. پیش‌بینی می‌شود این مقدار در سال ۲۰۰۷ به رقمی معادل ۸/۱۸ میلیارد دلار برسد. آمریکا در سال ۲۰۰۲ بیش از ۵۰ درصد این بازار را به خود اختصاص داده بود. با این حال انتظار می‌رود ارزش این بازار تا سال ۲۰۵۰ به رقمی معادل ۵ تریلیون دلار افزایش یابد. نقش بیوتکنولوژی در این بازار بسیار حایز اهمیت بوده است. جدول شماره (۱) و نمودار شماره (۱) میزان رشد و ارزش بازار این داروها را نشان می‌دهند.

جدول ۱- بازار جهانی داروهای مشتق از گیاهان (میلیارد دلار)

نمودار ۱- میزان رشد بازار جهانی داروهای گیاهی (۲۰۰۷-۱۹۹۹)

۵- 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 زمینه 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 ۱۳۸۰ با تعداد حدود ۶/۶ 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 زمینه کاربرد نشانگرهای DNA در زمینه 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 عمده تولیدکننده گیاهان دارویی در جهان است، چندین دانشکده کشاورزی و مؤسسه تحقیقاتی در زمینه 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 استفاده تجاری از گیاهان زراعی تدوین شده است. برای مثال، در سال ۱۹۸۹، وزارت کشاورزی، شیلات و جنگلداری ژاپن پروژه‌ای تحت عنوان پروژه روح سبز ( Green Spirit Project ) با بودجه‌ای حدود ۱۱۰ 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 زمینه 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 برنامه 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:

۱- میردریکوند، محمد. ۱۳۸۱٫ اهمیت بیوتکنولوژی گیاهی و حوزه‌های مختلف کاربرد آن. شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران.

۲- امیدبیگی، رضا. ۱۳۷۹٫ رهیافت‌های تولید و فرآوری گیاهان دارویی. انتشارات طراحان نشر، ص ۱۷۳-۱۶۱٫

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

۴- 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.

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

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

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

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

۹- 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.

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

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

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

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