? **نقش قارچ در بیو تکنولوژی** - PETROLMAN
X
تبلیغات
زولا

PETROLMAN

**نقش قارچ در بیو تکنولوژی**








**نقش قارچ در بیو تکنولوژی**










این تحقیق توسط سرکار خانم مهندس زینب مدبر از دانشگاه صنعتی اصفهان برای وبلاگ مهندسان شیمی قوچان ارسال شده است .

در صورتی که شما هم تحقیق و یا مقاله ای در ارتباط با مهندسی شیمی دارید می توانید همراه با مشخصات کامل خود به آدرس ایمیل مدیر وبلاگ ارسال نمایید تا با نام شما به صورت رایگان در معرض دید عموم قرار گیرد.

با تشکر مدیر وبلاگ مهندسان شیمی قوچان اسماعیل اسماعیل زاده.



esmailzadeh.esmail@yahoo.com









نقش قارچ دربیو تکنولو ژی:

چکیده:

قارچ درفرایندهای بیوتکنولوژی  قدیمی ومدرن مهم بوده وهست در فرایندهایی مانند پختن،جوشاندن(دم کردن) ومحصولاتی از قبیل آنتی بیوتیک ها،الکل ها ، آنزیم ها،ارگانیک اسیدهاو بسیاری از دارو ها از قارچ استفاده میشود.ظهور تکنولوژی از DNA وآنالیز ژنی در مقیاس عظیم جایگزین تخمیر و رشته های قارچ در مهمترین تقاضاهای اقتصادی معاصر شده است. دراینجا از واژه ی مایکوتکنولوژی برای بیان 5 تاثیر زیاد قارچ در بیو تکنولوژی استفاده میشود.

1)مقدمه وتعاریف:

قارچ ها در بسته بندی جدید بیولوژیکی در پایین ترین رده از ایکاریوت ها در قلمرو خودشان قرار دارند. بعضا پنجمین گروه بر اساس نوع جذب مواد غذایی هستنذ.

قارچ ها رنج وسیعی از آنزیم ها ی قوی را به محیط ترشح می کنند و سپس این مواد غذایی پیش هضم شده را به درون سلول های خود جدب می کنند.

گوناگونی قارچ ها در مورفولوژی ،فیزیولوژی و اکولوژی باعث شده  تا بیشتر قارچ های معروف یا با مریض کردن  گیاهان (مانند لکه سیاه ،افت و پلاسید گی، زنگ زدگی) ، زوال شیمیایی (مثل فاسد کردن ،کپک زدن )یا با بیماری زایی در حیوانات (با تولید ترکیبات سمی ) تاثیر منفی روی سلامتی انسان ها داشته باشند .      

قارچ ها از کپک ها و مخمر های میکروسکپی گرفته تا قارچ های ماکروسکپی و قارچ دنبالان  دسته بندی  شده اند .

چندین گونه از ماکرو قارچ ها برای  غذای انسان ها با ظرافت و دقت جمع آوری و کشت داده می شوند .اگر چه گونه های میکرو قارچی شامل Penicillium Aspergillus , Saccharomyces  معروف و اثران مثبتی روی امور بشری دارند. این میکروقارچ ها را به طور کنترل شده برای استفاده از فعالیت متابولیکیشان پروذش می دهند یا به عنوان تولید کننده بیو تکنولو ژی به شیوه ها و راه های زیادی تعریف شده است .  

 Spinks Commissionدر United kingdom اولین گروهی بود که تعریفی رسمی برای بیو تکنولو ژی ارایه داد : « دربیو تکنولوژی کاربرد زیستی ارگا نیسم ها سیستم ها یا فرایند ها ست برای ساخت و خدمات صنایع  »

 برای تکرار مطالب،بیشتر تعاریف بیوتکنولوژی جامع و در بر گیرنده ی فرآیند های تخمیر از شراب تا پنی سیلین هستند،هم چنین شامل طیف گسترده ای از روش های نوین در فناوری وترکیبات جدید DNA .من از واژه ی Mycotechnology  که شامل بیشتر فرآیند های بیوتکنولوژی چه جدید و چه قدیمی استفاده می کنم،که تکیه ی آن  بر روی محصولات قارچی و فرآیند های مرتبط با آن است.این بررسی تاکید دارد بر رشته های قارچی.

2)Mycotechnology   قبل از مدرن

مدرنیسم اصطلاح کلی برای توصیف قرن بیستم وتلاش برای شکستن سنت های قرن نوزدهم است.در نقاشی انتزاع جایگزین ارائه و نمایش مستقیم شد، در معماری کارکردگرایی جایگزین زینت گرایی وهم چنین در ادبیات فرم های سبکی جدید جایگزین روایات سنتی شد . در زندگی روزمره استفاده گسترده از کشفیات علوم پایه انقلابی را در زندگی مردم به وجود آورد. صفت "مدرن" و"پست مدرن" در اینجا به عنوان توصیفی برای بررسی تعداد زیادی از فرآیندها و محصولات تحت احاطه بیوتکنولوژی قارچ ها استفاده می شود.

آبجو، شراب، نان، کوجی و دیگر غذاها و نوشیدنی های تخمیری بخشی ار رژیم غذایی بشر دز طی هزاران سال هستند. مبدا آن در دوران باستان از بین رفته است (table 1) . از سابقه ی تاریخی بشر روشن است که مردم به طور غیر مستقیم میکرو ارگانیسم ها مانند کپک ومخمرو... را می شناختند و با فعالیت آنها آشنا بودند. مطالعه ی علمی این فعالیت ها با کمک میکروسکوپ منجر به پیدایش رشته های فعلی مانند میکروب شناسی وبیوشیمی شد. به عنوان مثال بعد از اینکه پاستور تصریح کرد که همیشه می توان موجودات زنده را زیر میکروسکوپ در طی تخمیر قند دید،تخمیر توسط موجودات زنده "عمدتا مخمرها" تولید می شود که آنرا مخمر شدن سازمان یافته می نامند.

تغییراتی  که در محلول  بدون دخالت میکروارگانیسم ها روی می دهد را تخمیر نابه سامان می نامند.بعد ها زمانی که مشخص شد که تخمیر نا به سامان به طور کلی از محصولات متابولیکی تخمیر سازمان یافته است. Kuhne واژه ای جدید را پیشنهاد دارد به نام آنزیم (در=en  ، مخمر =zyme ) در نهایت به معنای همه ی تخمیرهای نا به سامان اند ونه فقط محصولات تخمیری.

 

3) Modern Mycotechnology

آنزیم ها، الکل ها، اسید های آلی ودارویی از رشته قارچی نقش اساسی در توسعه فناوری زیستی مدرن دارند. برخی مثال ها از محصولات عمده تخمیر صنعتی و گونه های تولید در جدول 2 آورده شده است.

یکی از بهترین مطالعات روی آنزیم های جدید آمیلاز (واسطه پدیده های حیاتی) بوده است که به طور سنتی از germinating  جداشده و به عنوان یکی از گام ها در تهیه ی آبجو استفاده می شود.

در سال 1894 Jokich Takamine  احتمالا اولین کسی بود که به تکنولوژی قابلیت های آنزیم از کپک پی برد واین قارچ ها را به صنعت معرفی کرد.

Takamin برای تولید دیاستازاز قارچ کپکی کوجی،  Aspergillus oryaz استفاده کرد.Takmin  قارچ های کپکی اسپور را در برنج بخار پز شده یا سبوس گندم تلقیح کرد  ودر این لایه های نازک محیط میکروبی خود را رشد داد.

بایک سری از اختراعات ثبت شده در سال 1894 او از فرآیندهای خود حمایت کرد وپیشنهادهای جدیدی برای قارچ دیاستاز خالص شده به عنوان یک جایگزین برای آنزیم malting  و به عنوان کمک کننده گوارسی برای درمان سوء هاضمه ارائه داد.(Takamine,1894,Underkafler,1954)

در طول سال های اولیه قرن بیستم فرآیندهای مشابهی برای آنزیم های متعدد دیگر توسعه یافت از 1983 حدود 30 طبقه مختلف از آنزیم های مشترک تجاری استفاده شد که تقریبا نیمی از آنها منشا قارچی داشت. تعداد آنزیم های تجاری با سرعت زیادی در حال رشد است .

خلاصه ای از بهترین enzymology  صنعتی توسط  Godfrey , West (1996) ارائه شده است.

یکی دیگر از محصول مرکزی رشته ای قارچ برای توسعه فناوری زیستی مدرن اسید سیتریک است. که در اصل از مرکبات استخراج می شود. از پایان قرن نوزدهم فهمیدند که اسید سیتریک هم چنین توسط رشته قارچی نیز تولید می شود.توسعه ی فناوری های تجاری توسط Pfizer  در بروکلین نیویورک ،USA منجر به استفاده گسترده از این ماده در غذا و صنعت نوشیدنی شد. کاربردهای دیگر آن شامل قرص ،مواد آرایشی، مواد شوینده ،antifoaming، نساجی ،درمان و به عنوان یک ماده نگه دارنده برای زخیره خون استفاده می شود.بسیاری از جنبه های تکنولوژی مدرن تخمیر در راستای بهبود بازده سیتریک اسید در موقعیت کشت آزمایشگاهی ،توسعه ی فرآیند های مستغرق و بهبود محصولات انجام شده است.(1982،Crueger)

بدون شک اگرچه این کشف پنی سیلین بود وپس از آن توسعه از پنی سیلین تا مواد دارویی نقطه عطفی در توسعه صنعتی میکروبیولوژی مدرن بود. پنی سیلین باعث جستجو برای متابولیت های ثانویه ی دیگر در رابطه با فعالیت ضد باکتری هم چنین تحریک کننده پژوهش در زمینه فیزیولوژی قارج،تکنولوژی تخمیر و توسعه نژادی در صنعت می باشد. پس بسیاری ازآنتی بیوتیک هایی که در طول 1940-1950 کشف شده اند که این سال ها عصر طلایی از آنتی بیوتیک هاست. گروه پژوهش همکار با Waksman Selman در دانشگاه راگتز و شرکت Merk در نیوجرسی موفق به آزمایش برای متابولیک های ضد باکتری شدند.بسیاری ازآنتی بیوتیک های جدیدی که توسط گروه Waksman کشف شده اند از باکتری های خاک وبه ویژه Actinomycetes  بوده اند.رشته ای طبیعی از هردو نوع قارچ کپکی و Actinomycetes رقابت مهندسین شیمی را برای توسعه ی روش استریل تخمیر در مقیاس صنعتی برانگیخته است. هم روش Batchو هم روش مداوم به صورت کامل عمل می کنند.(Smith & Berry,1975,Demain,1981)

پس از انقلاب در DNAاین فرآیندها فقط نیاز به یک اصلاح جزئی در تولید مهندسی ژنتیکی محصولات میکروبی دارند.

توسعه در حال رشد عصرطلایی آنتی بیوتیک ها جستجویی اصولی برای داروها بافعالیت هایی غیر از ضدعفونی کننده ها بود.

در ژاپن زیر نظر Umezawa  در ابتکاری جدید دیوار (غربالی) ضدتومور، ضدفشار خون،immunostimulate، ضداسهال ،ضد موتاژن ودیگرفعالیت های بیولوژی مانند این ساختنند.(Umezawa،1982)

از این تعداد ایمنی cyclosporineها وضد فشار mevalonin ها این دو دارو از مهم ترین داروهای کشف شده از قارچ های رشته ای هستند.(  Monghan&Tkacz,1990—Von wartburg & Trabor,1986)                                                                                                                                                                  ‘Postmodern’ mycotechnology(4

DNA نو ترکیب و فناوری های هم جنس با آن انقلابی در زیست شناسی ایجاد کرد همان طور که اینجا استفاده می شود واژه ی "پست مدرن"mycotechnology اشاره دارد به کلکسیون تحولات جدید در بیوتکنولوژی .ارتباط دادن و ادغام تکنولوژی های اتصال ژن ها ودیگر روش های پس ترکیبی DNA برای آن دسته از قارچ معمولی صنعتی می باشد. برخی نمونه هایی از تحولات به دست آمده در جدول 3 آورده شده است.

 

در حال حاضر تولیدکنندگان اصلی عبارتند از Aspergillus nidulans ،A.oryzae ، A.niger  و Trichodermareseil (Davies,1991) هم چنین Neurospora در حال توسعه است ( راسمون ، ویلسون و همکاران ،1997). در اصل محققان امیدوار به تولید سطوح بالایی از پروتئین های پستانداران در قارچ های رشته ای هستند. برای prochymosin  گاوی (rennin) برای گونه های مختلف حاصل شده است.(Davies ,1991) ،اگرچه درجات بیان و پنهان سازی برای اکثر محصولات  ژن پستانداران پایین تر از سطح انتظار بود .مراحل مولوکولی گذرگاه ترشح قارچی ،پس از گذر از اصلاح متابولیت وآزاد کردن پروتئین از hyphae  در محیط فقط در حس توصیفی فهمیده می شود.(wosten ,1991) ادامه ی پژوهش ها در زیست شناسی مولوکولی قارچ رشته ای بیان ژن و ترشح آن نیاز است.

مسیرهای ثانویه ی متابولیکی نیز تابع تجزیه و تحلیل مولوکولی اند. همان طور که انتظار می رفت خانواده ی پنی سیلین از آنتی بیوتیک ها اولین گروه از ترکیبات برای منفعت و سود جویی از روش های جدید متابولیکی است.پس از شبیه سازی ژن برای isopenicillin(N-سنتاز) مشخص شد که بسیاری از ژن ها در این مسیر دسته ای و خوشه ای شده بودند.این ها در نوع سریع ایزوله شده بودند.(Skatrud ,1991)

کشف شد که برخی از گونه های پرمحصول شامل چندین کپی از ژن ها برای کلید آنزیم ها در مسیر پنی سیلین هستند.

 Poly ketides گروه دیگری از متابولیت های ثانویه هستند که از آنالیز مولوکولی بهره دیده اند.تا امروز بسیاری از تحقیقات روی mixingand  تطابق سنتزهای polyketide  انجام شده است. (kao et al 1994) اگرچه این استراتژی ها هم چنین می توانند بر روی قارچ ها نیز مفید واقع شوند.جایگشت های تولید شده توسط واحدهای مختلف شروع کننده ومورد استفاده، تنظیم اکسیداسیون و استکیومتری در طول کشیدگی و معرفی تغییرات مختلف در نسخه های pos-polyketide  که منجر تعدادتغییرات نجومی تنوری های مختلف  و ممکن برای مولوکول شده است.

با استفاده از مهندسی modular polyketide synthases  می توان ایجاد محصولات طبیعی غیر طبیعی کرد.

توسعه در سیستم های انتقال ژن قارچی برای کسب فدرت تجزیه وتحلیل ژنتیکی در گونه های فاقد جنسی و چرخه ی parasexual(Esser,1997) قارچ های تخمیر سنتی بهبودیافته شده و مهندسی ژنتیکی شده این را میسر کرده است که از آنزیم های قارچ های مناسب ودرخور برای هدف های خاص استفاده کرد.هم ژن های همسان (homologous) وهم غیر همسان (heterologous) در گروه محصولات قارچی معرفی شده اند.این ژن ها را به منظور بهبود خواص آنزیمی یا افزایش بازده با شیوه های مختلف می توان دستکاری کرد.

آنزیم با محدودیت گسترده تر سوبسترا ودرجه حرارت بهینه ومانند آن را می توان تولید کرد.(kinghorn & Lucena.1994)

حتی به عنوان یک شاخص سنتی در کاشت قارچ به وسیله ی mycotechnology جدید تحریک شده است.

بسیاری از گونه های مطلوب را نمی توان کشت داد به همین خاطر باید در طول ثمره بخشی جمع آوری شوند .coprinus cinereeus(pukkila,1993) وschizophyllum commune (Roper & Horton ,1993) به عنوان نمونه هایی برای مطالعه ژنتیک بر اساس بدنه ی میوه در شکل گیری این گونه ها استفاده شده اند.قابل پیش بینی است که اصلاح نژاد روی کشت قارچ تجاری می تواند استفاده مشابه استراتژی تولیدمثل بر اساس شکل دادن مولوکولی فراهم کند. افزون بر آن امید است که جداسازی ژن های مرتبط بارشد قارچ در این آزمایشگاه درک مدل ها و گونه های عجیب و غریب حیات وحش را تسهیل بخشد.

سرعت وتنظیم خودکار تعیین توالی DNA  درمقیاس وسیع ژنومیک امکان پذیر است وژنومیک همه ی زندگی گیاهی و حیوانی را دچار تغییر کرده است. اول رشته کامل DNA از ارگانیسم برای باکتری هموفیلوس آنفولانزای RD وجود داشت.(Fleischmann er al,1995)

از آن پس هفت ژنوم دیگر کامل شد و تخمین زده می شود که در حدود 100 گونه دیگردر حال بررسی هستندو اولین ژنوم کامل یوکاریوت مربوط به مخمر  Saccharomyces cere6isiae بود.(Dujon,1996).ژنوم مخمر شامل 16 کروموزوم فراگیر 12067266 جفت اساس (به استثنای تکرار )و ژن مخمر بسیاری از پستانداران homologues است واین سازگاری علتی شده است تادرمطالعه ی سرطان ودیگر بیماری های انسان از آن بهره ببرند.(Bots tein et al ,1997) پروژه های ژنومیک نخستین قدم را برای مخمرهای Schizosoccharomyces pombe و Canadidaalbicans برداشتند ، همان گونه که برای گونه های قارچی چند رشته ای از جمله شامل مدل ژنتیکی Aspergillus nidulans & Neurospora  برداشتند.(Bennett.1997) .مقدار زیادی از ژنتیک کلاسیک واطلاعات بیوشیمی دردسترس برای این گونه ها ارتباط اطلاعات رشته ایی را با فنوتیپ آسان تر می کند.

ژنتیک میکروبی تغییرات اساسی را نه تنها در اساس زیست شناسی بلکه در سرعت بخشیدن به فرآیند های کشف دارو توسط آزمایش های بالینی را نوید داد.ارتباط میان مجموعه ای از ژن ها وفعالیت های دارویی راههای جدیدی را برای غربالگری باز کرد .استفاده از photolithography  وتکنولوژی مشتق سیلیس صنعت تراشه، ثابت کردن Oligonucleotides  فراگیر ژنوم مخمر می توان با استفاده از پروب هیدریداسیون اندازه گیری در یک سطح کوچک ایجاد یک ریز تراشه DNA کرد.

از این تراشه می توان به عنوان معرف برای اندازه گیری برای هر تعداد ژن استفاده کرد.در رابطه با شیمی ترکیبی و با استفاده از روش کوچک سازی ،تراشه هایDNA  را می توان برای شناسایی اهداف مهم مولوکولی برای کشف دارو استفاده کرد. هم چنین ار آن ها برای جستجو درباره ی محصئلات فعال زیستی با بهره گیری از نمونه ی DNA  زیسستی ارگانیسم هایی که در گذشته نادیده گرفته شده اند استفاده کرد.(Blanchard & Hood .1996)

مانند کل بیوتکنولوژی ،mycotechnology عمل در مرز علمی استوپیشرفت های جدید علمی رویکردهای جدید در کشاورزی و صنعت داشته است. بیوتکنولوژی مولوکولی انقلابی در جنبه های سیاسی و اجتماعی داشته است. گاهی اوقات نیز مساله را به صورت مسائل علمی تحت الشعاع قرار داده است.اگرچه عوامل اقتصادی در میکروبیولوژی صنعتی چیز تازه ای نیست اما این عوامل روی ضرورت ها و الزامات خاصی در راه اندازی چارچوب بیوتکنولوژی تاکید می کنند.آن ها هم چنین تعداد زیادی مطبوعات مالی، استعدادهای فکری، ایمنی ، مقررات دولتی تولید کرده اند.(برای بررسی Moses & Cape را ببیند،1991)

5)نتیجه گیری :

قارچ،باربرهای سنتی صنعتی ، تخمیر در خط مقدم بیوتکتولوژی مولوکولی قرار دارند. یوکاریوت ها که در قسمت پایین قرار دارند مدل های اساسی زیست شناسی و تولید تجاری هستند.ژنوم مخمر یک Platform  است برای نوآوری در عملکرد ژنومیکس و تکنولوژی DNA  ریز تراشه در هزاره بعد. بیوتکنولوژی با اکیید بر مخمرها و قارچ های رشته ایی الگوهای جدید را برای تحقیق و توسعه ارائه خواهند داد.