باکتر‌ی‌ های نجات دهنده زعفران از آفت و آنزیم‌ های سنتز زیستی آن

به گزارش زیست آنلاین، کشور ایران با توجه به شرایط آب و هوایی، بیش از ۹۵ درصد زعفران دنیا را تولید می‌کند و افراد متخصص بسیاری در این حوزه در حال تحقیق و پژوهش می‌باشند. اما، کشورهای دیگری نیز در زمینه کشت آن، فعالیت دارند. به گزارش دویچه وله، سال‌هاست که کشتگران زعفران در شمال هند با افول فزاینده کشت این گیاه گرانبها مبارزه می‌کنند. عامل زوال کشت زعفران یک بیماری قارچی است که اینک کارشناسان آلمانی و هندی به یافتن راه مقابله با آن امیدوار شده‌اند.

باربارا راین‌هولد، پروفسور میکروبیولوژی در دانشگاه برمن آلمان می‌گوید: «این مشکل به ویژه در شمال هند دیده می‌شود. در ایتالیا و ایران نیز احتمالا کشت‌کاران با این مشکل مواجه‌اند».

او همراه با تیم خود تلاش دارد با کمک پژوهشگران هندی چاره‌ای در مبارزه با این قارچ بیابد.

این تیم تا کنون توانسته باکتری‌هایی پیدا کند که برای مبارزه با این قارچ مناسب‌ هستند. این روش هنوز امتحان نشده و برای سنجش میزان کارایی آن باید در محل مورد آزمایش قرار گیرد.

بسیاری از کشت‌کاران کشمیر با تولید زعفران معاش خود را تأمین می‌کنند. زعفران در طعم غذاها بسیار مؤثر است و از آن می‌توان در بسیاری‌ها از غذاها برای رسیدن به طعمی مطبوع استفاده کرد.

جین ـ فردریک والدمایر، از معدود کشاورزانی است که در آلمان به تولید زعفران مبادرت کرده است. او می‌گوید: «تولید این گیاه یک صنعت دستی ناب محسوب می‌شود». به گفته او، برای تولید یک کیلوگرم زعفران خالص به ۳۰۰هزار گل گیاه زعفران نیاز است.

بیشتر بخوانید: تولید محصولات مقاوم در برابر نمک آفت کش و خشکسالی آنزیم‌ های سنتز زیستی زعفراندر ایران نیز، اخیرا مطالعاتی توسط دکتر نورالدین حسین پور آزاد در خصوص آنزیم‌های مورد استفاده در سنتز زیستی زعفران، انجام گرفته است.

نورالدین حسین پور آزاد، دارای مدرک دکترای اصلاح نباتات با گرایش مهندسی ژنتیک بوده و در حال حاضر به عنوان استادیار دانشگاه محقق اردبیلی مشغول به فعالیت می‌باشد. در کنار فعالیت آموزشی، عمده فعالیت‌های پژوهشی وی در دو بخش مهندسی مسیرهای بیوسنتزی متابولیت‌های ثانویه در گیاهان دارویی و شناسایی گونه‌های گیاهی با روش DNA بارکدینگ می‌باشد.

دکتر نورالدین حسین پور

وی در رابطه با پیشینه انتشار مقاله اش در مورد آنزیم های مورد استفاده در سنتز زیستی زعفران می گوید: لازم است توضیحاتی ارائه شود که شاید تجربه‌ای باشد برای دانشجویان و محققانی که در ابتدای شروع یک کار تحقیقاتی هستند. از یک طرف باید موضوعی انتخاب شود که نتایج آن برطرف‌کننده یکی از مشکلات بخش کشاورزی می‌شد، از طرف دیگر موضوع انتخابی باید متناسب با امکاناتی باشد که در اختیار داریم. یکی از مقالاتی که بیشتر توجه مرا به خودش جلب کرد حاصل یک گروه تحقیقاتی بیوتکنولوژی در یکی از مراکز ملی تحقیقاتی کشور ایتالیا موسوم به ENEA بود. این گروه پروژه‌هایی در زمینه مهندسی مسیرهای بیوسنتزی کاروتنوئیدها را انجام می‌داد. کاروتنوئید یکی از مهم‌ترین مسیرهای تولید متابولیت‌های ثانویه در گیاهان بوده که این مسیر بیوسنتزی منجر به ساخت رنگ ‌ریزه‌های زیستی هم‌چون رنگ زرد در کلاله زعفران می‌گردد. یکی از پروژه‌های ما که در رابطه با زعفران بوده از جمله پروژه‌های تعریف شده در حوزه اتحادیه اروپا با نام Eurocaroten می‌باشد. خوشبختانه نهایتا با مکاتباتی که انجام شد منجر به تعریف پروپوزالی تحت عنوان «بازسازی مسیر بیوسنتزی آپوکاروتنوئید زعفران در باکتری اشرشیاکلی» شد که با ارسال دعوتنامه‌ای از طرف گروه مربوطه جهت انجام این پروژه به مرکز تحقیقاتی ENEA اعزام شدم. همکاران ما در این پروژه از دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی کشورهای مختلفی هم‌چون ایتالیا، عربستان و انگلیس بودند.

وی در خصوص پیشینه فعالیت صورت گرفته در داخل و خارج از کشورچنین توضیح می دهد: کشورمان بیش از ۹۵ درصد زعفران دنیا را تولید می‌نماید و افراد متخصص بسیاری در این حوزه داریم که یافته‌های علمی آنان به عنوان منابع معتبر و پر استناد در سطح بین‌المللی می‌باشد، و با وجود داشتن دانش‌ فنی؛ ابزارهای فنی لازم را هنوز در این حوزه در اختیار نداریم و اصولاً با بودجه و امکانات محدودی که مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی در اختیار دارند تعریف چنین پروژه‌هایی ریسک زیادی می‌طلبد. به‌ خصوص اینکه هیچ صنعت خصوصی حاضر به سرمایه‌گذاری در چنین پروژه‌هایی با هزینه و ریسک بالا نمی‌باشد. در این پروژه‌ها به ظاهر اهداف تعریف شده به راحتی قابل احقاق هستند اما رسیدن به این اهداف با چالش‌های متعددی همراه بوده که در صورت عدم کسب نتایج مثبت، هزینه و وقت بسیاری از دست خواهد رفت. به‌ خاطر این مسائل، اغلب محققان بخش زیستی فشارهای سنگینی جهت به انجام رساندن پروژه‌هایشان متحمل می‌شوند و صنایع رغبت چندانی به سرمایه‌گذاری در این بخش‌ها را ندارند.

بیشتر بخوانید: تولید ارگانیک تنها راهکار نجات زعفران ایران از وضعیت فعلی است حسین پور در مورد فعالیت صورت گرفته و هم‌چنین اهمیت شناسایی آنزیم‌های زعفران، به زیست فن گفت: رنگ زعفران (کروسین) حاصل یک سری از مسیرهای شکست آنزیمی از پیش ماده‌ای به نام زآگزانتین می‌باشد. در این تحقیق به شناخت مراحل پایین‌ دست شکست آنزیمی حد واسط بین شکست زآگزانتین تا سنتز کروسین‌ها پرداخته شد. تمام این فعل و انفعالات در کلاله زعفران اتفاق می‌افتند. در این مسیر بیوسنتزی، یک‌ سری ژن‌ها به صورت پشت سر هم بیان شده و آنزیم‌های حاصله در هر مرحله وظیفه خاصی را عهده‌دار هستند و در هر مرحله عمل آنزیمی متابولیت خاصی ایجاد می‌گردد که به‌ عنوان پیش‌ماده برای مراحل آنزیمی بعدی خواهند بود؛ که نهایتاً منجر به ایجاد رنگ زعفران می‌گردد. جهت شناخت این مسیر ژنی باید هر یک از ژن‌ها از مبداء اصلی یعنی ژنوم زعفران ایزوله شده و وارد باکتری می‌شدند.

اثرگذاری تحقیقات در کشت زعفرانبا توجه به اینکه زعفران جزو محصولات ارزشمند کشورمان محسوب می‌شود، به عقیده او، تحقیق صورت گرفته می‌تواند در کشت زعفران داخلی اثرگذار باشد: شناخت دقیق مسیرهای بیوسنتزی متابولیت‌های گیاهی هم‌چون کروسین‌ها می‌تواند به عنوان نقشه راهی دقیق در تعیین استراتژی‌های به‌زراعی و به‌نژادی در بهبود صفات کیفی و کمی مانند رنگ و عطر در گیاه زعفران باشد و هم‌چنین امکان بیان هترولوگ و تولید هریک از این متابولیت‌های با ارزش را به طور مجزا و در میکروارگانیزم‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی فراهم می‌نماید.

دکتر حسین پور، در مورد اینکه تحقیق صورت گرفته تا چه حد می تواند مورد توجه بخش کشت، صنایع مرتبط و نهادهای دولتی و سیاست‌گذار قرار بگیرد، افزود: واقعیت این است که از یک طرف مردم را تشویق به استفاده از گیاهان دارویی یا داروهای گیاهی می‌نماییم و از طرفی حرف از حفاظت ذخایر ژنتیکی گیاهی و جلوگیری از فرسایش منابع طبیعی سخن می‌گوییم. مطلع هستید که تولید‌کننده مواد مؤثر داروهای گیاهی، گیاهان طبیعی هستند. برداشت چنین منابعی بدون جایگزینی منجر به عاری شدن مراتع از پوشش گیاهی و فرسایش طبیعی خواهد شد. راه برون‌رفت از چنین چالش‌های مخرب، توسعه سیستم‌های مدرن گلخانه‌ای تولید گیاهان دارویی و روش‌های تولید متابولیت‌های گیاهی در سطوح سلولی و در بیو راکتورهای زیستی است. پروژه‌ای که انجام شد در واقع استراتژی اصلی آن همین موضوع بود. جهت تولید طبیعی ماده کروسین در کلاله‌های زعفران، ما نیازمند یک سال زراعی با هزینه‌های مربوط به خود هستیم و در عین حال ماده تولید شده نیازمند فرآوری و خالص‌سازی آن از مجموعه مواد متابولیتی تولید شده در گیاه است. در صورتی که با بیان نوترکیب ژن‌های دخیل در سنتز این ماده در میکروارگانیسم‌هایی هم‌چون باکتری‌ها در مدت یک شبانه روز قادر به تولید این ماده خواهیم بود. امیدوارم نهادهای دولتی سیاست‌گذار، زمینه‌های اشتغال از چنین علوم نوینی را فراهم نمایند.

مزرعه کشت زعفران

موانع و مشکلات این پروژهوی در خصوص موانع و مشکلاتی که در این پروژه با آن مواجه بود گفت: یقیناً بیان هم‌زمان چندین ژن که عملکردشان زنجیره‌ای به همدیگر وابسته بوده تا مواد به خصوصی را سنتز نمایند به مراتب مشکل‌تر از بیان تک ژنی می‌باشد. با مشکلات متعددی در تراریختگی سویه‌های باکتریایی مواجه بودیم. یکی از این مشکلات عدم ایجاد کلنی در تراریختگی سویه‌های باکتریایی با بیش از سه پلاسمید نوترکیب بود. احتمالات متعددی برای این مشکل متصور بود، از جمله اینکه تعدد ژن‌های انتقالی و بیان هترولوگ در یک سویه باکتریایی که هر یک دارای مقاومت به آنتی‌بیوتیک مختلفی بودند، احتمالاً منجر به بالا رفتن فشار متابولیکی شده است و جهت اینکه باکتری بتواند در محیط حاوی آنتی‌بیوتیک‌های متعدد قابلیت حیات داشته باشد، به طور هوشمندانه‌ای برخی از مسیرهای دیگر متابولیکی خود را به حالت خاموش نگه می‌دارد که ادامه این وضعیت منجر به از بین رفتن باکتری و در نتیجه عدم ایجاد کلنی می‌گردد. جهت رفع این مشکل در فرایند انتقال با الکتروپوراسیون و کاهش احتمالی بار متابولیکی ایجاد شده از بابت بیان ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک، ژن‌های CCD۲ و ALDH۷ به صورت سیس در پلاسمید بیانی (pThio-ALDH۷-CCD۲) که تنها دارای مقاومت به آنتی‌بیوتیک آمپیسیلین به جای آنتی‌بیوتیک‌های کلرآمفنیکل و آمپیسیلین در حالت ترانس (پلاسمیدهای جداگانه pThio-CCD۲ و pThio-ALDH۷) بود، قرار گرفتند. با انتقال پلاسمیدهای pZea ،pThio-CCD۲-ALDH۷ کلنی نوترکیب ایجاد گردیده و متابولیت مورد انتظار کروستین در عصاره ترانسفورمانت‌های مرتبط شناسایی گردید. نمونه‌های دیگری از موانع هم بودند که مرحله به مرحله مرتفع می‌گردیدند. در واقع همین موانع و یافتن راهکارهاست که لذت آزمایش‌های زیستی را دو چندان می‌نماید.

بیشتر بخوانید: طب سنتی و گیاهان دارویی برند گردشگری نطنز شد حسین پور در پایان، از احساس مسئولیتی که در جهت ارج نهادن به یافته‌های محققین کشور می‌کنید نهایت سپاس‌گزاری را کرد و گفت: سرمایه اصلی هر کشوری یقیناً جوانان آن مملکت هستند. در بیشتر زمینه‌های علمی، ما دارای دانش فنی لازم هستیم اما از نظر ابزارهای فیزیکی در اکثر حوزه‌های علمی با محدودیت‌های عمده مواجه هستیم که ان‌شالله امیدواریم مسئولین امر بتوانند بسترهای لازم را فراهم نمایند.

https://zistonline.com/vdcaeen0.49noo15kk4.html