تغییر ترکیب محیط کشت به‌عنوان یک راهکار بیوتکنولوژیکی در افزایش سنتز پودوفیلوتوکسین در کشت سلولی Linum album Ky. ex Boiss.

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت

3 دانشیار، گروه علوم گیاهی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

Linum album Ky. ex Boiss.، یکی از گونه‌های انحصاری در ایران است که ترکیب‌های لیگنانی مهمی را ازجمله پودوفیلوتوکسین (PTOX) تولید می‌کند. این ترکیب پیش‌ساز سه نوع داروی مهم ضدسرطان به نام‌های تنیپوساید، اتوپوساید و اتوپوفوز می‌باشد. سنتز شیمیایی این ترکیب‌ها بسیار پیچیده است و از نظر تجاری تولید آن مقرون به‌صرفه نیست. در افزایش سنتز پودوفیلوتوکسین از راهبردهای گوناگونی مانند تغییر رژیم غذایی، بکار بردن الیسیتور، مهندسی ژنتیک و غیره استفاده می‌شود. بهینه‌سازی محیط کشت یکی از راهبردهای مهم در افزایش متابولیت‌های ثانویه در کشت سلولی است. با توجه به اهمیت زیاد پودوفیلوتوکسین به‌عنوان ترکیب پیش‌ساز سه نوع داروی مهم ضدسرطان، در این تحقیق تأثیر نسبت‌های مختلف آمونیوم و نیترات در محیط کشت بر رشد سلول‌ها و برخی متابولیت‌های ثانویه ازجمله تولید پودوفیلوتوکسین و فعالیت آنزیم کلیدی فنیل‌آلانین آمونیالیاز (PAL) بررسی شد. میزان رشد سلول‌ها در نسبت 2:1 نیترات به آمونیوم نسبت به تیمارهای دیگر افزایش معنی‌داری داشت. بیشترین میزان ترکیب‌های فنلی و فلاونوییدی در نمونه کنترل بدست آمد که کمترین میزان وزن تر را داشت و بیشترین مقدار فلاونول در نسبت 2:1 آمونیوم به نیترات مشاهده شد. بیشترین میزان سنتز پودوفیلوتوکسین در نسبت 3:1 آمونیوم به نیترات ایجاد شد. همچنین بیشترین میزان فعالیت آنزیم PAL به‌ترتیب در سه نمونه 2:1 و 3:1 نیترات به آمونیوم و 3:1 آمونیوم به نیترات ایجاد شد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که تغییر ترکیب محیط کشت یک فاکتور مؤثر در افزایش سنتز متابولیت‌های ثانویه در سلول‌های L. album بود.

کلیدواژه‌ها


- فخاری، ص.، 1389. بررسی تغییرات میزان پودوفیلوتوکسین در پاسخ به تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی و متیل جاسمونات در کشت کالوس و گیاهچه Linum album. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

- یوسف‌زادی، م.، 1390. بررسی اثر تیروزین، تریپتوفان، نور و سالیسیلیک اسید بر میزان پودوفیلوتوکسین، فعالیت آنزیمی و بیان ژن برخی از آنزیم‌های مسیر بیوسنتزی پودوفیلوتوکسین در گیاه Linum album. پایان‌نامه دکترا، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

- Chattopadhyay, S., Mehra, R.S., Srivastava, A.K., Bhojwani, S.S. and Bisaria, V.S., 2003. Effect of major nutrients on podophyllotoxin production in Podophyllum hexandrum suspension cultures. Applied Microbiology and Biotechnology, 60(5): 541-546.

- Dixon, R.A. and Paiva, N.L., 1995. Stress-induced phenylpropanoid metabolism. The Plant Cell, 7(7): 1085-1097.

- Duke, S.O. and Hoagland, R.E., 1978. Effects of glyphosate on metabolism phenolic compounds induction of phenylalanine ammonia-lyase activity in dark- grown maize roots. Plant Science Letters, 11(3-4): 185-190.

- Esmaeilzadeh Bahabadi, S., Sharifi, M., Safaei, N., Murata, J., Yamagaki, T. and Satake, H., 2011. Increased lignan biosynthesis in the suspension cultures of Linum album by fungal extracts. Plant Biotechnology Report, 5(4): 367-373.

- Esmaeilzadeh Bahabadi, S., Sharifi, M., Behmaneshb, M., Safaei, N., Murata, J., Arakid, R., Yamagaki, T. and Satake, H., 2012. Time-course changes in fungal elicitor-induced lignan synthesis and expression of the relevant genes in cell cultures of Linum album. Journal of Plant Physiology, 169(5): 487-491.

- Farkya, S., Bisaria, V.S. and Sirvastava, A.K., 2004. Biotechnological aspects of the production of the anticancer drug podophyllotoxin. Applied Microbiology and Biotechnology, 65(5): 504-519.

- Fuss, E., 2003. Lignans in plant cell and organ cultures: an overview. Phytochemistry Reviews, 2(3): 307-320.

- Garden, H. and Alfermann, A.W., 2003. Influence of oxygen supply and medium composition on the production of podophyllotoxin by Linum album suspension cultures in an airlift-bioreactor. International Meeting Phytochemistry and Biology of Lignans, Bornheim-Walberberg, Germany, Dusseldorf, 6-9 April: 28.

- Hasanloo, T., Khavari-Nejad, R.A., Majidi, E. and Shams Ardakani, M.R., 2008. Flavonolignan Production in Cell Suspension Culture of Silybum marianum. Pharmaceutical Biology, 46(12): 876-882.

- Kartal, M., Konuklugil, B., Indrayanto, G. and Alfermann, A.W., 2004. Comparison of different extraction methods for the determination of podophyllotoxin and 6-methoxypodophyllotoxin in Linum species. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 35(3): 441-447.

- Koulman, A. and Konuklugil, B., 2004. Lignan profile of Linum meletonis. Biochemical Systematics and Ecology, 32: 91-93.

- Kumar, A., Kumar, V., Alegria, A.E. and Malhotra, S.V., 2011. Synthetic and application perspectives of azapodophyllotoxins: alternative scaffolds of podophyllotoxin. Current Medicinal Chemistry, 18(25): 3853-3870.

- Murashige, T. and Skoog, F., 1962. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15(3): 473-497.

- Rojas-Sepúlveda, A.M., Mendieta-Serrano, M., Mojica, M.Y.A., Salas-Vidal, E., Marquina, S., Villarreal, M.L., Puebla, A.M., Delgado, J.I. and Alvarez, L., 2012. Cytotoxic podophyllotoxin type-lignans from the steam bark of Bursera fagaroides var. fagaroides. Molecules, 17(8): 9506-9519.

- Stahelin, H.F. and Wartburg, A.V., 1991. The chemical and biological route from podophyllotoxin glucoside to etoposide. Cancer Research, 51: 5-15.

- Verpoorte, R., Contin, A. and Memelink, J., 2002. Biotechnology for the production of plant secondary metabolites. Phytochemistry Reviews, 1: 13-25.

- Yong, Y., Shin, S.Y., Lee Y.H. and Lim, Y., 2009. Antitumor activity of deoxypodophyllotoxin isolated from Anthriscus sylvestris: Induction of G2/M cell cycle arrest and caspase-dependent apoptosis. Bioorganic & medicinal chemistry letters, 19(15): 4367-4371.