پیشرفت های اخیر در توسعه و تجاری سازی فرآیندهای کشت سلول های گیاهی برای سنتز زیست مولکول ها

چکیده

 سیستم های کشت سلول گیاهی در ابتدا برای استفاده در سنتز تجاری چندین متابولیت ثانویه با ارزش مورد بررسی قرار گرفتند ، این امکان را برای تولید پایدار فراهم می آورد که با بازده کم همراه با محصول طبیعی یا هزینه زیاد مرتبط با سنتز شیمیایی پیچیده محدود نمی شد. اگرچه موفقیتهای تجاری وجود داشته است ، مهمترین آنها تولید paclitaxel از Taxus sp. ، محدودیت فرآیند با توجه به بازده محصول کم و تنوع تولید طبیعی وجود دارد. راهبردهای مختلفی برای غلبه بر این محدودیت ها از جمله استخراج ، حذف محصول محل و مهندسی متابولیک با ژن های واحد و فاکتورهای رونویسی تهیه شده است. اخیراً ، بسترتولید سلول های گیاهی به پروتئین های هترولوگ دارویی فعال تعمیم داده شده است. سیستم های گیاهی مفید هستند زیرا قادر به تولید پروتئین های پیچیده ای هستند که به درستی گلیکوزیله می شوند ، چند لا و دوباره جمع می شوند بدون خطر آلودگی توسط سموم که با سیستم های تولید پستانداران یا میکروبها همراه هستند. علاوه بر این ، کشت سلولی گیاهان ماده تراریخته را از محیط جدا می کند ، باعث می شود شرایط تحت کنترل بیشتری نسبت به محصولات زراعی حاصل شود و ترشح پروتئین ها به محیط افزایش یابد و هزینه های تصفیه پایین دست را کاهش دهد. با وجود این مزایا ، افزایش هزینه سنتز پروتئین هترولوگ در کشت سلولی گیاهان بر خلاف محصولات زراعی رشد قابل ملاحظه ای دارد و بنابراین باید فرآیندهای مربوط به حداکثر رساندن ترشح و تقویت پایداری پروتئین در محیط کشت سلولی بهینه شوند. این بررسی در مورد پیشرفتهای اخیر در فناوری پردازش سلول های گیاهی ، با تمرکز بر پیشرفت در جهت غلبه بر مشکلات مرتبط با تجاری سازی این سیستم های تولیدی و برجسته کردن موفقیتهای تجاری اخیر ، بحث می کند.

مقدمه

در سال ۱۹۰۲ ، Gottlieb Haberland برای اولین بار اقدام به کشت سلولهای گیاهی کرد (Haberland,1902). اگرچه کارهی او نتوانست منجر به تقسیم سلولی شود ، اما او به عنوان بنیانگذار علم کشت سلول های گیاهی شناخته می شود (Georgiev et al ,2009). اکنون کشت سلولهای گیاهی تقریباً از هر گیاه از طریق جداسازی بافت گیاه ایجاد می شود (شکل ۱). کاشت ها(یعنی بافت گیاهی جدا شده) با استفاده از یک روش شیمیایی اگزوژن استریل می شوند و روی محیط رشد جامد که تنطیم شده است حاوی هورمون های رشد و مواد مغذی لازم برای هر گونه تیمار شده اند (Hall,2000). با ترکیب درست محیط ، کاشت ها به شکلی از سلولهای تمایز یافته تکثیر می شوند ، که برای محصول (یامحصولات) مورد علاقه و بعدا جدا شده و به محیط مایع منتقل شده برای ایجاد کشت سوسپانسیونی ،قابل بررسی است. همچنین کشت اندام های متمایز از ریشه ها ، شاخه و جنین نیز می تواند در شرایط آزمایشگاهی ایجاد و نگهداری شود. کشت اندام ها غالباً غلظت مشابهی از متابولیتهای ثانویه را با گیاه کامل تولید می کنند اما با هزینه گران کشت در مقیاس بزرگ محدود می شوند.(Verpoorte et al 2002) کشت ریشه مویی از طریق آلودگی مواد گیاهی با Agrobacterium rhizogenes تولید می شود. در حالی که کشت ریشه های عادی به آرامی رشد می کند و به عرضه فیتوهورمون اگزوژن نیاز دارد ، اما کشت ریشه مو به طور پایدار می تواند سطح  بالایی از متابولیت های ثانویه تولید کند ، نیازی به هورمون رشد ندارد و می تواند با سیستم های راکتور سازگار شود۰( Giri , Narasu,2000؛ Srivastava , Sivivastava,2007)

کشت سلولهای گیاهی در ابتدا گزینه بالقوه ای برای تولید متابولیتهای ثانویه با ارزش مورد توجه قرار گرفت، که به دلیل برداشت طبیعی ناپایدار از نظر محیطی و سنتز شیمیایی پیچیده ، از نظر تجاری محدود شده است (Roberts,2007). اخیراً ، کشت سلولهای گیاهی تجاری به تولید پروتئینهای ناهمگن گسترش یافته است. سیستم های گیاهی برای تولید پروتئین مفید هستند زیرا امکان تجمیع درست پروتئین ، چند لا شدن و گلیکوزیله شدن ، بدون این که خطر آلودگی هایی مانند اندوتوکسین ها ، پاتوژن ها و DNA آنکوژنیکی مرتبط با کشت سلولی میکروبی و پستانداران را فراهم می کند(Ma,et al 1995؛ Commandeur et al, 2003 ؛ Twyman et al ,2003). کشت سلولهای گیاهی همچنین امکان جداسازی گیاهان اصلاح شده ژنتیکی از محیط ،حذف خطر مهاجرت ژن را افراهم می آورد (Fox,2006). شرایط به راحتی در مقایسه با سیستمهای کامل گیاه کنترل می شوند وبازده  پایدار تری را باعث می شوند (, ۲۰۰۹ James and Lee) و ترشح پروتئین ها به محیط کشت می تواند به طور قابل توجهی هزینه های پردازش پایین دست را کاهش دهد (Shih and Doran,2009). تولید هردوی متابولیت های ثانویه و پروتئین ها از طریق کشت سلول های گیاهی با بازده محصول کم و افزایش مقیاس غیرقابل پیش بینی محدود شده است. علاوه بر این ، تجمع متابولیت ثانویه با گذشت زمان در یک خط سلولی منفرد و در بین کشتهای یک خط سلولی یکسان ، اغلب متغیر است،