— تاكنون پيشرفت هايي در برخي جنبه ها براي معرفي گياهان ترانس ژن (transgenic plants) حائز ويژگي هاي جديد با استفاده از تكنولوژي بازتركيب DNA (DNA recombinant) حاصل آمده اند. دستكاري (manipulation) ژنتيكي گياهان در صدد گشودن افق هاي نويني براي كشاورزي است امّا تا سال هاي اخير تنها به دگرلقاحي (cross-breeding) متكي بوده است كه روندي بسيار كند را به همراه دارد. امروزه مهندسي ژنتيك (genetic engineering) نويدبخش فرآيندهاي سريع و چشم اندازي گسترده از پيشرفت در زمينه هاي مختلف كشاورزي مي باشد .

توليد گياهان ترانس ژن :

— از چندين روش براي درج ژن در گياهان هدف بهره مي برند :

الف) آلوده سازي سلول هاي گياه با پلاسميدها (plasmids) بعنوان ناقلين (victors) ژن هاي مطلوب

ب ) شليك ذرات ميكروسكوپي حاوي ژن مطلوب بطور مستقيم به داخل سلول هدف .

اصولاً در گياهان برخلاف حيوانات هيچگونه ناهمگوني حقيقي بين سلول هاي غيرجنسي يا “سوماتيك” (somatic) و سلول هاي بوجود آورندۀ سلول تخم در شيوه توليد مثل جنسي (germline) وجود ندارد آنچنانكه از بافت “سوماتيك” گياهان نظير سلول هاي ريشه در كشت بافت استفاده مي گردد.

پ ) ژنوم گياهان را در آزمايشگاه ها با ژن هاي مطلوب تغيير مي دهند.

ت ) از طريق گل ها در گياهان بالغ .

در صورتيكه عمل انتقال ژن مطلوب بخوبي صورت پذيرد آنگاه ژن جديد بعنوان بخشي از گرده ها و سلول تخم گياه هدف مي شود و بدينطريق به نسل هاي بعدي منتقل خواهد شد. توليد گياهان ترانس ژن بسيار آسانتر از ايجاد حيوانات ترانس ژن است .

دستاوردهاي توليد گياهان ترانس ژن :

1) اصلاح كيفيت عناصر غذايي :

برنج سفيد (milled rice) ماده غذايي اصلي براي بخش عمده اي از جمعيت زمين مي باشد. در ضمن تبديل شلتوك به برنج سفيد اقدام به حذف پوسته (husk) حاوي ماده بتاكاروتن مي گردد. بتاكاروتن ماده اوليه ساخت ويتامين A در بدن انسان است لذا بروز عارضه كمبود ويتامين A در بسياري از مناطق برنج خيز جهان بويژه جنوب شرقي آسيا تعجب آور نيست. سنتز بتاكاروتن نيازمند تعدادي از آنزيم هاي كاتاليزور است. در ژانويه سال 2000 ميلادي گروهي از پژوهندگان اروپايي گزارش نمودند كه موفق به درج 3 ژن به درون سلول گياه برنج شده اند و بدينطريق آنها را قادر ساخته اند تا بتاكاروتن را در آندوسپرم خويش توليد كنند .

2) مقاومت به آفات گياهي :

باكتري “باسيلوس تورينجنسيس” يا Bt (Bacillus thuringiensis) مي تواند براي برخي آفات زيان آور باشد. اثرات مهلك اين باكتري بواسطه توليد يك نوع پروتئين سمّي است. از طريق روش هاي بازتركيب DNA مي توان ژن توليد كننده ماده سمّي را از باكتري مزبور مستقيماً بدرون ژنوم گياهان هدف وارد ساخت تا از اين گياهان در مقابل هجوم آفات مهلك مراقبت كند .

3) مقاومت به بيماري هاي گياهي :

ژن هايي كه به مقاومت گياهان در مقابل بيماري هاي ويروسي منجر مي گردند، به صورت موفقيت آميزي در محصولاتي چون : تنباكو ، گوجه فرنگي و سيب زميني تعبيه شده اند. بعنوان مثال گوجه فرنگي هاي مقاوم شدۀ شركت “مونسانتو” (Monsanto) آمريكا نسبت به انواع معمولي در شرايط سرايت بيماري هاي ويروسي به توليد بيش از 3 برابري محصول مي پردازند زيرا نسبت به بيماري هاي ويروسي مخرب مقاومت يافته اند .

4) مقاومت به برخي علفكش ها :

استفهام در مورد ايمني انسان ها و محيط زيست در مورد برخي علفكش هاي گياهان پهن برگ نظير 2,4-D بوجود آمده است. گواينكه علفكش هاي جايگزين در دسترس هستند امّا احتمال خسارت محصولات بموازات آسيب علف هاي هرز نيز مي رود. ژن هاي مقاومت به علفكش هاي جديد از برخي گياهان به محصولات زراعي منتقل گرديده اند تا موجب بقاي آنها در مواقع مواجهه با علفكش هاي خاص گردند. تأثير علفكش “بروموكسينيل” بر گياه توتون به كمك يك ژن باكتريايي تغيير يافته است زيرا علفكش مذكور سريعاً توسط گياه GM تجزيه مي گردد .

5) تحمل شوري :

بخش بزرگي از اراضي فارياب محصولات زراعي در معرض شوري قرار دارند بطوريكه امكان كاشت بسياري از محصولات مهم در آنها وجود ندارد. پژوهندگان دانشگاه كاليفرنيا موفق به توليد گوجه فرنگي ترانس ژني شده اند كه قادر به رشد در اراضي شور هستند. ژن ترانس يافته باعث تشكيل نوعي پمپ پروتوني ضد سكني سديم (sodium/proton antiport) مي شود كه قادر به مصادره سديم مازاد در داخل واكوئول سلول ها است. در اين حالت هيچگونه سديمي در ميوه ها تجمع نمي يابند .

6) ژن هاي نابودگر :

انتقال ژن هاي نابودگر بموازات انتقال ژن هاي مطلوب به داخل گياهان GM انجام مي گيرد  تا موجب عقيم شدن بذور تغيير يافته ژنتيكي گردند و بدينگونه قابليت نگهداري بخشي از بذور توليد شدۀ هر سال جهت كاشت در سال بعد منتفي مي شود و كشاورزان را مجبور به خريد بذور جديد از شركت هاي توليد كننده بذور به صورت هر ساله مي كنند. چنين فرآيندي درگير با انتقال 3 ترانس ژن به داخل گياه است :

الف- ژن كدكننده مواد سمّي كه براي بذور در حال نمو بسيار مهلك است امّا براي بذور بالغ و گياه زيان آور نمي باشد.

ب – اين ژن بطور معمول غير فعال است زيرا قطعه اي از DNA در بين ژن مزبور و بخش فعال كننده اش (promoter) قرار دارد.

پ – يك ژن كدكننده آنزيم بازتركيب (recombinase) كه باعث حذف قطعه مابين مي شود و بدينگونه به ژن نابودگر (terminator) اجازه ظهور مي دهد.

ت – ژن محدود كننده (repressor) كه پروتئين توليدي را به ماده فعال كننده پيوند مي دهد و بدينگونه آنرا غير فعال مي سازد .

— چگونگي كاربرد آنها بشرح زير است :

الف) بذور را قبل از فروش در محلولي از “تتراسيكلين” مي خيسانند.

ب ) سنتز ماده محدودكننده مختومه مي گردد.

پ ) ژن آنزيم بازتركيب فعال مي شود.

ت ) قطعه فاصله انداز از ژن سميّت زا (toxingene) برچيده مي شود تا بدينطريق فعال شود زيرا سم حاصله به گياه در حال رشد صدمه نمي زند و گياه مي تواند به حالت عادي رشد يابد بجز اينكه بذورش در مرحله نمو عقيم مي شوند .

— استفاده از ژن هاي نابودگر (terminator) باعث بروز مناقشاتي بشرح زير شده است :

الف) كشاورزان بويژه در كشورهاي در حال توسعه همواره تمايل دارند تا بخشي از محصول مكتسبه را براي كاشت در سال بعد ذخيره سازند.

ب ) شركت هاي توليدكننده بذور متقابلاً علاقمند به حفظ بازار فروش بصورت هرساله هستند .

7) ترانس ژن هاي كدكنندۀ زنجيره ضد فعاليت RNA (antisense RNA) .

اين زنجيره شامل يك رشته از نوكلئوتيدها است كه به RNA پيامبر متصل مي گردد و بدينگونه آنرا غير فعال مي سازد .

8) داروهاي زيستي  :

ژن هاي مسئول ساخت پروتئين هاي مؤثر در ساخت داروهاي زيستي (biopharmaceutical) مصرفي انسان و دام ها را مي توان داخل گياهان مناسب قرار داد و توسط آنها به اهداف مربوطه نائل آمد . فوايد اينكار عبارتند از :

الف- گليكوپروتئين ها (glycoproteins) را بدينطريق مي توان توليد نمود درحاليكه بطور عادي باكتري هايي نظير “اشرشيا كولي” (E . Coli) قادر به اينكار نيستند.

ب – مقادير واقعاً نامحدودي از آنها را مي توان در مزارع پرورش داد درحاليكه توليدشان در مخازن تخمير بسيار گران تمام مي شود.

پ – از خطرات آلودگي سلول هاي پستانداران (mammalian) و محيط هاي كشت بافت توسط عوامل مسري اجتناب مي گردد.

ت – خالص سازي (purification) با سهولت بيشتري انجام مي پذيرد.

ذرت مطلوب ترين گياه براي اين منظور است امّا سلول هاي توتون ، گوجه فرنگي ، سيب زميني ، برنج و هويج نيز با پرورش در شيوه كشت بافت براي اين منظور استفاده مي گردند .

— برخي از پروتئين هايي كه توسط گياهان ترانس ژن توليد مي شوند عبارتند از :

الف) هورمون هاي رشد انساني از طريق وارد نمودن ژن هاي مربوطه در DNA كلروپلاست گياه توتون

ب ) آنتي بادي هاي انساني براي مقابله با بيماري هاي مسري نظير :

1ب- ايدز (HIV)

2ب- ويروس پيوستگي تنفس (RSV)

3ب- نابودي اسپرم

4ب- ويروس HSV عامل تبخال (cold sore)

5ب- ويروس “ابولا” (Ebola) عامل تب خونريزي دهنده (hemorrhagic fever)

پ- پروتئين هاي آنتي ژن براي استفاده در واكسن هاي نظير : واكسن ضد سرطان غدد لنفاوي (antilymphoma) كه در اين مورد از گياه توتون ترانس ژن براي توليد پروتئين هاي ضد آنتي بادي مربوطه بهره مي برند.

ت- ساير پروتئين هاي مفيد نظير : ليزوزيم (lysozyme) و تريپسين (trypsin)

ث- توليد نوعي آنزيم بنام “گلوكوسربروسيداز” (Glucocerebrosidase) در سلول هاي هويج ترانس ژن در روش كشت بافت براي درمان عارضه ژنتيكي “تجمع مولكول هاي چربي در طحال” موسوم به “گاچر” (Gaucher) (3).

مناقشات توليد گياهان ترانس ژن :

— معرفي گياهان ترانس ژن در كشاورزي با مناقشات و مناضعات شديدي مواجه گرديده است. برخي معتقدند كه گياهان ترانس ژن ممكن است گياهان بومي و غير هدف را به مخاطره بيندازد. بعنوان مثال :

الف) در صورتيكه ژن مقاومت به علفكش از گياه دگرگشن ذرت به گياهان هرز منتقل گردد، باعث دشواري در كنترل علف هاي هرز مزبور خواهد شد.

ب) ژن مولد سم Bt مي تواند از طريق گرده ها در ضمن گرده افشاني باعث نابودي حشرات مفيد از جمله زنبوران عسل گردد .

— مطالعات مزرعه اي بر پنبه و ذرت حاوي ژن Bt نشانداد كه از تعداد برخي حشرات غير هدف در مزارع كاسته شده است گواينكه قابل مقايسه با حالت كاربرد آفتكش هاي شيميايي نبوده اند.

نگراني ديگر در مورد تلفيق غير عمدي محصولات ترانس ژن با محصولات غذايي عادي است اگر چه اين موضوع بصورت دوره اي وقوع يافته است امّا مطلقاً شواهدي براي تهديد سلامتي انسان موجود نيست .

— بسياري از كشاورزان سراسر جهان با وجود مناقشات مذكور از محصولات ترانس ژن استقبال نموده اند بطوريكه امروزه بيش از 80 درصد ذرت ، سويا و پنبه زراعي ايالات متحده آمريكا را محصولات تغيير يافته ژنتيكي يا “GM” (genetically modified) تشكيل مي دهند از جمله :

الف) گياهان مقاوم به علفكش گليفوسيت موسوم به گياهان “راندآپ پذير” (roundup ready) آنچنانكه با سمپاشي اينگونه مزارع باعث مي شوند تا تمامي علف هاي هرز بدون هيچگونه آسيبي به گياهان اصلي نابود گردند.

ب ) مقاومت گياهان به هجوم آفات خطرناك از طريق توليد سم Bt يا “باسيلوس تورينجنسيس” .

گياهان ترانس ژن بعنوان بيورآكتورهاي توليد واكسن خوراكي :

— استفاده از گياهان بعنوان رآكتورهاي زنده بمنظور توليد پروتئين هاي بازتركيب با كمك متخصصين ژنتيك گياهي ، بيولوژي مولكولي و بيوتكنولوژي در حال گسترش است. بر اساس يك نظريه مطروحه در دهه اخير، بيورآكتورهاي گياهي از جمله گياهان تغييريافته ژنتيكي هستند كه مجموعه ژني يا ژنوم هاي آنها (genomes) بصورت مصنوعي دستكاري گرديده اند تا بتوانند بعنوان منابع توليد بيولوژيكي پروتئين ها و برخي ديگر از مواد ايمن ساز عمل نمايند. در اين رابطه ، سيستم بيورآكتور مبتني بر گياهان داراي فوايد عديده اي در مقايسه با ساير شيوه هاي بيولوژيكي توليد پروتئين خواهند بود. بيورآكتورهاي گياهي را مي توان در اراضي كشاورزي و يا گلخانه ها پرورش داد و از كمترين انرژي هاي ورودي نظير : نور ، آب و عناصر كودي بهره گرفت .

— سيستم هاي بيورآكتور گياهي را به آساني مي توان در اراضي وسيع با تعداد فراواني از گياهان پرورش داد. بعنوان مثال : با وضعيت تكنولوژي موجود مي توان واكسن كافي حاوي آنتي ژن هاي بيماري هپاتيت B را براي 133 ميليون نوزادي كه هر ساله متولد مي شوند ، در زميني به وسعت 200 ايكر بدست آورد.  سلول هاي مولد از كمترين آلودگي با سموم بالقوه يا پاتوژن هاي انساني مورد استفاده در سيستم هاي بيورآكتور گياهي مواجه مي شوند. توزيع واكسن هاي خوراكي (oral ، edible) نشانداده است كه كارآيي بيشتري در قياس با واكسن هايي دارد كه بصورت تزريق زير پوستي (subcutaneous) و يا عضلاني (intramuscular) باعث برخي واكنش هاي پوستي مي گردند .

— از ديگر فوايد مهم تكنولوژي واكسن هاي خوراكي اين است كه آنها را مي توان از طريق تلاقي لينه هاي مختلف گياهي بصورت واكسن هاي چندگانه (multi-component) توليد نمود. واكسن هاي چندگانه داراي آنتي ژن هاي متعددي هستند و مي توانند بصورت همزمان براي ايمن سازي بر عليه چندين پاتوژن بكار روند و انسان و دام ها را برعليه چندين بيماري از جمله موارد زير مصون مصون دارند :

الف) مسموميّت باكتريايي روده اي يا “ETEC” (Enterotoxigenic E.Coli)

ب ) وبا (Cholera)

پ ) Tota virus (1).

— استفاده از آنتي ژن ها (antigen) بعنوان واكسن در جهت ايمن سازي بر عليه آنتي بادي ها (antibody) با كمك گياهان ترانس ژن بسان رآكتورهاي زنده بسيار آسان و ارزان است و منتج به توليد مولكول هاي ايمن ساز با كيفيت بالا مي گردد. در راستاي توسعه واكسن هاي خوراكي (edible vaccine) توانسته اند آنتي بادي ها و آنتي ژن هاي گوناگون را بنحو موفقيت آميزي در گياهان ترانس ژن توليد سازند بطوريكه وظايف سنتي را نيز بخوبي انجام مي دهند .

— تاكنون آنتي ژن هاي مربوط به چندين پاتوژن را از تعدادي انسان و دام به گياهان ترانس ژن منتقل ساخته اند كه برخي از آنها عبارتند از :

Norwalk virus ، rabies ، HIV ، measles ، hepatitis B ، anthrax ، infection bursal disease virus ، avian reo virus ، avian influenza virus (1).

— چالش براي ساخت گياهان قابل پرورش مولد پروتئين هاي داروئي توسط اتحاديه اروپا در چارچوب برنامه هاي 2013-2007 ميلادي مورد تأئيد قرار گرفته و تأكيد ورزيده اند كه عملكرد پروتئين هاي بازتركيب بايد به موازات توليد بيوماس گياهان ترانس ژن بهبود يابد. پژوهش هاي جاري تلاش دارند تا موجب افزايش بيوماس گياهان ترانس ژن از جمله “شاهي گوش موشي” (Arabidopsis thaliana) بعنوان يك سيستم بيورآكتور گياهي مناسب گردند .

— پروتئين هاي با ارزشي كه قابل توليد در سيستم هاي بيورآكتور گياهي بمنظور اهداف داروئي در مبارزه با بيماري هاي انسان و دام ها هستند عبارتند از :

الف) انسولين (Insulin)

ب ) هورمون رشد انساني (HGH)

پ ) پروتئين هاي ضد كم خوني (antihemopoietic) نظير فاكتور 8

ت ) آنتي بادي ها

ث ) واكسن هاي خوراكي .

— توليد پروتئين هاي با ارزش مبتني بر گياهان بعنوان مواد خام داروهاي بيولوژيك از دستاوردهاي بنياديني مي باشد كه اخيراً توجه جهاني را بخود معطوف داشته است. موضوع كشاورزي مولكولي (molecular farming) به توضيح توليدات ترانس ژن از نوع پروتئين هاي بازتركيب در گياهان مي پردازد. برخي مطالعات براي توليد پروتئين ها در گياهان ضمن سال هاي اخير بيانگر زيست پذيري تكنيك ها از منظر علمي و عملي هستند. پروتئين هايي نظير : “سوماتروپين” (somatropin) و سَم تتانوس (tetanus) بسادگي قابل توليد در گياهان مي باشندد .

— تعداد زيادي از آنتي ژن هاي واكسني را مي توان بنحو موفقيت آميزي در گياهان توليد نمود و اين عمل از تكنيك هاي مطلوب در آينده خواهد بود. از چنين آنتي ژن هايي مي توان به موارد زير اشاره داشت :

الف) پروتئين ““Ospa از باكتري “Borrelia burgdorferi”

ب ) آنتي ژن سطحي ويروس هپاتيت B

پ ) واحدهاي وابسته به سم “E.Coli” ناپايدار در برابر گرما

ت ) آنتي ژن ويروس “Norwalk”

ث ) آنتي ژن سرخك (measles) (1).

— ايمني سازي دهاني (feeding يا oral) حيوانات كوچك با برخي از آنتي ژن هاي خوراكي به واكنش هاي معني داري در ايجاد ايمني مطلوب منتهي گرديده اند. آزمايشات مقدماتي بر انسان نشاندهنده واكنش هاي آنتي بادي سرمي بعد از مصرف خوراكي آنتي ژن هاي حاصل از گياهان ترانس ژن بوده اند .

— بيشترين ملاحظات اين است كه مي توان با كمك گياهان ترانس ژن و چالش هاي تكنيكي با كمترين محدوديت به توليد پروتئين هاي عامل ايمني پرداخت. با اين طريق مي توان گياهان را به رآكتورهاي زنده مولد واكسن هاي آينده مبدل ساخت و توليدات آنها را جايگزين واكسن هاي سنتي نمود. توليد واكسن هاي خوراكي بازتركيب بصورتهاي : برگ يا ميوه مي تواند كارآمدتر ، سهل تر و با قابليت حمل و نقل و انبارداري بهتر انجام پذيرد. چنين واكسن هايي بدون نياز به شرايط يخچالي در عين عدم تنزل كيفيت در ضمن حمل و نقل خواهند بود .

— توليد واكسن هاي خوراكي تجارتي بنحو بارزي به نيروي انساني حداقل و كمترين آموزش هاي تخصصي داروئي نيازمند است و نيازي به حضور دام ها ندارد. با اين وجود چالش هايي بشرح زير در جهت توليد واكسن هاي خوراكي وجود دارند :

الف) دستيابي به حداكثر ميزان كارآمدي

ب ) ميزان تحمل ايمني

پ ) ميزان بروز آلرژي

ت ) امكان بروز آلودگي هاي محيطي .

— امروزه تلاش هاي زيادي براي توليد واكسن هاي خوراكي جهت برخي بيماري هاي انساني و دامي انجام مي گيرد كه از جمله آنها مي توان به توليد واكسن خوراكي بيماري مسري ويروسي “تورّم عفوني بورسال” يا “گامبرو” ماكيان موسوم به “IBDV” (Infectious Bursal Disease Virus) در گياه “شاهي گوش موشي” موسوم به “گياه مين ياب” از خانواده “براسيكاسه” با نام علمي “Arabiodopsis thaliana” مي باشد .