|
نگاهي به كاربرد بالقوه بيوتكنولوژي دريايي در زندگي روزمره
خرگوش دريايي در خدمت انسان
|
|
|
دكتر عباس لطفي *
از ديرباز، از اجزاي موجودات زنده دريايي در چين، هندوستان، خاور نزديك و اروپا براي مقاصد پزشكي استفاده مي كرده اند. براي مثال، برخي جلبك هاي دريايي براي معالجه ورم، مشكلات قاعدگي، ناراحتي هاي معدي و روده اي، دمل و سرطان كاربرد داشته است. طرفداران بقراط گزارش كرده اند كه از آب نرم تنان گوناگون معمولاً به عنوان ملين استفاده مي شود. از اجزاي به دست آمده از خرگوش دريايي، «اپليژيا» به عنوان داروي ازاله مو و از عصاره به دست آمده از غشاي پوششي شكم پايان در عطرها و بخورها بهره مي گرفتند. از آن زمان، دانشمندان پي برده اند كه بسياري از اين موارد درمان كننده، داراي تركيبات مؤثري هستند. تلاش هاي فراواني نيز براي بررسي عوامل فعال آن ها صورت مي گيرد.
از مدت ها پيش، موجودات دريايي به عنوان موجوداتي شناخته شده مطرح بودند كه حاوي داروهاي ناشناخته و جديدي بوده و اغلب به دليل شرايط محيطي، مختص همان مناطق هستند. سازگاري ويژه به نيروهاي بسيار يوني، نور كم، دماي پايين و فشار، سبب شده تا تركيبات منحصر به فردي از اين موجودات زنده به دست بيايد. براي مثال، تركيبات هالوژن دار (برم و يد) با غلظت بالاي آنها در آب دريا، جزو تركيبات سوخت و سازي موجودات دريايي به شمار مي آيند. به علاوه، بسياري از موجودات زنده، تركيباتي مي سازند كه از خود، نور ساطع مي كنند. اگرچه علم توجه خود را به موجودات دريايي مشهود تر و فراوان تر همچون جلبك هاي دريايي و بي مهرگان معطوف كرده، اما موجودات ميكروسكوپي نيز به دليل مسيرهاي سوخت و سازي منحصر به فرد، داراي مواد جديدي هستند.
پيشرفت هاي اخير در مهندسي ژنتيك و فناوري جداسازي مواد شيميايي، بررسي و پيشرفت داروهاي دريايي جديد را تسهيل كرده است. اما با وجود تلاش هاي فراوان، تنها داروي كمي در نتيجه اين مطالعات نظام مند موجودات دريايي به بازار عرضه شده است. عدم توسعه داروهاي دريايي، به علت مشكلات متعدد، نظير جمع آوري، كشت و جداسازي اجزاي مؤثر در داروسازي است. مهم تر اين كه پيشرفت داروسازي، نيازمند صرف زمان بسيار و هزينه هاي كلان است. برآوردهاي فعلي نشان مي دهند كه بازدهي يك فرآيند كامل، دست كم، ۱۰ سال به طول مي انجامد كه بخش عمده اي از آن براي كسب مجوز از سازمان هاي ذيربط صرف مي شود. همچنين بيش از ۵۰ ميليون دلار هزينه دربردارد. به علت ماهيت اين نوع سرمايه گذاري مالي، در حال حاضر، شمار اندكي از شركت هاي داروسازي به دنبال استفاده از داروهاي دريايي هستند. در نتيجه، تنها از معدودي داروهاي برگرفته از موجودات دريايي، بيشتر استفاده مي شود. در حالي كه تركيبات حاصل از موجودات زنده خشكي، منشاء تقريباً نيمي از داروهايي است كه هم اكنون مصرف مي شوند. بسياري از تركيبات دريايي از لحاظ داروشناختي فعال هستند، نظيرشان در موجودات خشكي يافت نمي شود بنابراين، نماينده گروه جديدي از داروهاي ناشناخته هستند. برخي از آنان در آزمايشگاه به عنوان آنتي بيوتيك به كار مي روند. در حالي كه برخي ديگر ظاهراً داراي تأثير ضد توموري، ضد انعقادي، ضد ويروسي، ضد زخم، تسكيني، ضد چربي، مهار قلبي، محرك يا مهاركننده سيستم ايمني هستند. عده اي از آنها در حال حاضر به عنوان قارچ كش و حشره كش يا به عنوان افزودني هاي غذايي و آرايشي به كار مي روند. يك كاربرد پزشكي جالب و جديد استفاده از اجزاي بندهاي برخي موجودات دريايي براي چسباندن استخوان ها و دندان هاي مصنوعي است.
كشت و توسعه داروهاي دريايي
يك محصول طبيعي بالقوه بايد مراحل پژوهشي و آزمايشي را پشت سربگذارد تا بتوان آن را به بازار عرضه كرد. از آن جا كه موجودات زنده دريايي بسيار زيادند، بايد از شيوه هايي استفاده كرد تا بتوان موجودات داراي مواد دارويي فعال تر را ارزيابي و درباره آنها پژوهش كرد. مرحله ابتدايي بررسي معمولاً به مشاهدات محيطي از رفتار و تأثيرات متقابل در بين موجودات دريايي كه در محيط طبيعي قرار دارند، مربوط مي شود.
براي مثال، چند گروه از موجودات دريايي كه در وهله اول به نظر بي دفاع مي رسند، شكارگران خوبي هستند. اين گروه، شامل بي مهرگان چسبنده، مثل تونيكا، مرجان نرم و اسفنج هاي خاص هستند. اين موجودات، تركيبات شيميايي را براي دفاع توليد مي كنند، كه از نظر دارويي فعالند. براي مثال، نرم تنان بدون صدف، به ويژه خرگوش هاي دريايي، مدت ها به علت مواد سمي شان معروف بودند. اين تركيبات، درواقع، توسط جلبك هاي قرمزي كه خوراك خرگوش هاي دريايي هستند، ساخته مي شوند. از آن جا كه اين مواد سمي در فرآيند سوخت و ساز به طور فعال وارد نمي شوند، در بافت هاي خرگوش دريايي متمركز شده و موجب مي شوند كه اين بي مهرگان به مذاق شكارگران بدمزه بيايند. اين وابستگي به تركيبات سوخت و سازي در زندگي گياهان و جانوران دريايي معمول است.
نمونه هاي رشد نامعمول در موجودات خاص دريايي نيز نشان دهنده وجود تركيبات دارويي فعال است. براي مثال، در جاهايي كه دو موجود زنده براي به دست آوردن يك طعمه رقابت مي كنند، ممكن است يكي از آنها با ترشح ماده شيميايي دافع، ديگري را مغلوب كند. به دليل اين كه مواد دارويي فعال، وسيله اي براي ارتباط شيميايي فراهم مي كنند، آنها در همزيستي نيز مشاركت دارند. همچنين موجوداتي كه عاري از عفونت هاي باكتريايي هستند يا سرطاني نمي شوند، احتمالاً تركيبي هستند كه داراي ويژگي آنتي بيوتيكي يا ضد توموري هستند.
به محض اين كه يك موجود زنده براي مطالعه و بررسي انتخاب شد، شيميدان مواد طبيعي بايد بداند اهميت كدام يك از مواد و اجزاي اين موجود افزون تر است. بدين منظور، انواع مختلفي از تركيبات را از موجودات زنده استخراج مي كنند. معمولاً اين كار را با قرار دادن بافت در حلال هايي كه داراي قطبيت هاي گوناگوني هستند، انجام مي دهند. سپس قطعات بافت ها براي فعاليت دارويي ارزيابي مي شوند. برخي از اين آزمايش ها، مثل آزمايشاتي كه براي سنجش آنتي بيوتيك ها به كار مي روند، داراي سرعت زياد و مقرون به صرفه هستند و مي توان آنها را در محل كار نيز انجام داد، در حالي كه آزمايشاتي كه در فعاليت هاي ضد سرطاني به كار مي روند نياز به تجهيزات پيچيده، آزمايش بر روي حيوانات و زمان زياد دارند.
آزمايش ها نشان داده اند كه بيش از ۱۰ درصد از موجودات دريايي حاوي مواد مسموم كننده سلولي هستند كه معادل ۲ تا ۳ درصد مواد سمي است كه در گونه هاي خشكي يافت مي شود. اين تركيبات احتمالاً در بي مهرگان بيش از جلبك هاي دريايي، در بي مهرگان بي حركت بيش از بي مهرگان متحرك و در گونه هاي مناطق گرمسيري بيش از جلبك هاي دريايي هستند. با اين كه سمي بودن نشانه فعاليت بالقوه دارويي است، اما سموم دريايي معمولاً براي استفاده از دارو زياد مناسب نيستند. زيرا معمولاً خيلي قوي و خطرناكند. از سوي ديگر، ثابت شده كه آنها در مواردي به عنوان تركيبات نمونه در بررسي سازوكارهاي بيوشيميايي و سوخت و ساز مواد كمتر سمي، مفيد واقع مي شوند.
اگر يك قطعه بافت، فعاليت فيزيولوژيكي نشان دهد، مرحله بعدي در ساخت دارو، جداسازي و شناسايي ماده يا مواد فعال آن بافت است. اين كار، نيازمند مقادير زيادي از عصاره بافتي و بنابراين جمع آوري موجودات زنده دريايي در حجم گسترده است. از آن جا كه تنها ارگان هاي فعال بايد در مقادير زياد جمع آوري شوند، از نظر بوم شناختي بهتر آن است كه انتخاب موجودات به صورت غربالي و در محل تجمع صورت پذيرد. تفكيك و شناسايي تركيبات كار مشكلي است، زيرا بيشتر اين مولكول ها داراي ساختمان بزرگ و پيچيده هستند. از آن جا كه بسياري از اين تركيبات در دماهاي بالا ناپايدار هستند، با فنوني چون كروماتوگرافي مايع با كارآيي بالا بهتر از كورماتوگرافي گازي تفكيك مي شوند. جزئيات ساختاري اين تركيبات معمولاً به وسيله دستگاه هاي طيف سنجي عوامل شيميايي تعيين مي شود. اما تجزيه و تحليل طيف ها نياز به مهارت ويژه دارد.
تمام موادي كه در ايالات متحده به عنوان دارو به فروش مي رسند، بايد به تأييد مسئولان داروسازي ملي برسند. اين امر، مستلزم اين است كه ماده بر روي حيوانات آزمايش شود. اگر هيچ تأثير جانبي نامطلوب مشاهده نشود و اثرات شفابخش قابل توجهي ديده شود، اين آزمايش ها را بر روي انسان انجام مي دهند. بررسي اثرات درازمدت اين فرآيند سال ها به طول مي انجامد. همچنين بايد بهترين شيوه استفاده و مقدار استعمال دارو نيز تعيين شود.
اگر ماده مورد تأييد واقع شود، مهندسان شيمي شيوه هايي را كه از نظر اقتصادي مؤثرند براي توليد آن انتخاب مي كنند و دارو به وسيله اين شيوه ها ساخته مي شود. آخرين گام در ساخت دارو، ارزيابي در مورد نياز به بازار دارو است. اگر سازنده نتواند سود كافي به دست آورد، به بازار عرضه نمي شود.
كاربرد فن آوري هاي جديد كه به مهندسي ژنتيك مرتبط است، توسط كاربري محصولات طبيعي را احتمالاً افزايش خواهد داد. اين فن آوريها همچنين به احتمال زياد امكان موفقيت در كشت محصولات دريايي و نيز موفقيت در مقابله با آلودگي دريايي را افزايش خواهد داد. براي مثال، از باكتري به دست آمده از طريق مهندسي ژنتيك براي توليد بيومولكول ها مقدار زياد استفاده مي شود. همچنين با تكثير غيرجنسي، پيشرفت هاي عمده اي در كشت محصولات دريايي نيز حاصل خواهد شد. مهندسي ژنتيك با كمك به پيشرفت آنتي سرم ها و واكسن ها همچنين مي تواند بر بيماري هاي ماهيان فايق آيد. ارتباطات تكاملي در بين گونه ها را مي توان با طراحي (DNA) ارزيابي كرد. ساختارهاي جمعيتي طبيعي را مي توان با تحليل ژنتيك، بررسي كرد. كشت سلول هاي سرطاني نيز مي تواند در شناسايي، تفكيك و مشخص نمودن موادي كه از نظر فيزيولوژيك فعال هستند، مثل سموم، سودمند واقع شود.
بسياري از باكتري هاي دريايي، مسيرهاي سوخت وسازي منحصر به فردي دارند، مثل باكتري هايي كه در تجمع فلز، ته نشست مواد معدني، تغذيه خود به خود و تأمين نور از خود و ساخت فرمول هاي غيرعادي مواد دخيل هستند. بنابراين، اين ريزسازواره ها، حاوي ژن هاي منحصر به فردي هستند كه مي توان از آنها در پرورش موجودات زنده استفاده كرد. به ويژه قابليت اكسيداسيون سولفيد توسط برخي از باكتري هاي دريايي مي تواند در پرورش ميكروب هايي كه مي تواند به تجزيه فاضلاب ها كمك كنند، مفيد باشد.
همچنين مي توان از ژن هاي جلبك هاي بزرگ مدخل رودخانه براي پرورش گياهان خشكي زي مقاوم در برابر نمك استفاده كرد. ريزسازواره هايي كه مي توانند مواد را به طور انتخابي تجزيه كنند، نيز مي توانند مورد استفاده قرار گيرند. براي مثال، با استفاده از آنها مي توان زباله هايي را كه به اقيانوس ريخته مي شوند، تجزيه كرد. همچنين به نظر مي رسد كه مهندسي ژنتيك بتواند سازواره هايي بسازد كه مي توانند موادتسكين دهنده درد و مواد شيميايي ديگري توليد كنند. مهندسي ژنتيك همچنين مي تواند سازواره هايي بسازد كه در صنايع غذايي دريايي، مثل مصرف بقاياي جانداران، مورد استفاده قرار گيرد. براي مثال، لكتين داراي اسيد هاي آمينه بسيار زيادي است و از نظر محيط كشت ميكروبي، پروتئيني است كه به عنوان محيط مغذي كاربرد دارد.
كربوهيدرات ها
ديواره سلولي و لعاب جلبك هاي دريايي بزرگ از كربوهيدرات ها تشكيل شده است. از برخي از اين تركيبات براي مقاصد دارويي و افزودني هاي غذايي استفاده مي شود. آنها حاوي آگار، اسيد آلژينيك، آلژين، سولفات لايمن ريا و كرانمين هستند.
آگار، آلژنييك و آژينات ها مورد استفاده فراواني در پايدارسازي مواد غذايي دارند. همچنين در صنايع نساجي به عنوان چسب به كار مي روند. آگار يك ماده لعاب دار است كه ابتدا از دو گونه جلبك قرمز، يعني ژليديوم و گراسيلاريا،جدا شد. آگار يخ زده، به هنگام ذوب، حالت ژلاتيني پيدا مي كند. از اين ژل به عنوان يك محيط كشت ميكروبي استفاده مي شود، زيرا اغلب باكتري ها نمي توانند آن را تجزيه كنند. از آگار همچنين در غذاهاي كنسرو شده استفاده مي شود، زيرا مي تواند PH پايين و دماهاي استرليزاسيون بالا را تحمل كند. همچنين در برخي پمادها و لوازم آرايشي، از آن به عنوان نرم كننده و به عنوان يك عامل تعليقي و امولسيون كننده استفاده مي كنند. آگار مخلوط متغيري از چند پليمر است.
* استاديار گروه بيوشيمي دانشگاه تربيت مدرس
|
