باززایی از طریق جنینزایی سوماتیک (غیرجنسی):
تولید و توسعة 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
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 (196- 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 تولیدکنندة آلکالوئید همچون Rauvollfia serpentine , D. lanalta , A. belladonna , Hyoscyamus spp . است. این تکنیک، میتواند جهت نگهداری طیفی از بافتهای گیاهی چون مریستمها، بساک و دانة گرده، جنین، کالوس و پروتوپلاست بهکار رود. تنها محدودیت این روش، مشکل دسترسی به نیتروژن مایع است.
تولید متابولیتهای ثانویه از گیاهان دارویی:
از لحاظ تاریخی، اگرچه تکنیک " کشت بافت " برای اولین بار، در سالهای 1940-1939 در مورد گیاهان بهکار گرفتهشد، ولی در سال 1956 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 (1967) و هبل و همکاران (1968) 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.
راهکارهای افزایش متابولیتهای ثانویه گیاهی از طریق کشت بافت
1- 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.
2- افزودن ترکیب اولیة ( Precursor ) مناسب به محیطکشت، با این دیدگاه که تولید محصول نهایی در نتیجه وجود این ترکیبات در محیطکشت، القاء شود.
3- افزایش تولید یک متابولیت ثانویه در اثر ایجاد ژنوتیپهای جدیدی که از طریق امتزاج پروتوپلاست یا مهندسی ژنتیک، بهدست میآیند.
4- استفاده از مواد موتاژن جهت ایجاد واریتههای پربازده
5- کشت بافت ریشة گیاهان دارویی (ریشه، نسبت به بافتهای گیاهی دیگر، پتانسیل بیشتری جهت تولید متابولیتهای ثانویه دارد)
استفاده از بیورآکتورها در تولید صنعتی متابولیتهای ثانویه
تولید متابولیت ثانویة 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 زمینة 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:
1- کنترل بهتر و دقیقتر شرایط خاص مورد نیاز برای تولید صنعتی ترکیبات فعال زیستی از طریق کشت سوسپانسیون سلولی
2- امکان تثبیت شرایط در طول مراحل مختلف کشت سلولی در بیورآکتور
3- جابجایی و حملونقل آسانتر کشت (مثلاً، برداشتن مایهکوبه در این حالت راحت است) 4- با توجه به اینکه در شرایط کشت سوسپانسیون، جذب مواد غذایی بهوسیلة سلولها افزایش مییابد، لذا نرخ تکثیر سلولها زیاد شده و بهتبع آن میزان محصول (ترکیب فعال زیستی) بیشتر میشود.
5- در این حال، گیاهچهها به آسانی تولید و ازدیاد میشوند.
سیستم بیورآکتور برای کشتهای جنینزا و ارگانزای چندین گونة 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.