بهینه‌سازی کشت سلولی و افزایش تولید برخی متابولیت‌های ثانویه دارویی تحت تاثیر امواج فراصوت درکشت سلولی فندق (Corylus avellana L.)

محورهای موضوعی : زیست شناسی سلولی تکوینی گیاهی و جانوری ، تکوین و تمایز ، زیست شناسی میکروارگانیسم

تاریخ دریافت : 1393/05/05 تاریخ پذیرش : 1393/10/09 تاریخ انتشار : 1394/06/20

کلید واژه: امواج فراصوت, باکاتین III, تاکسول, 10- داستیل باکاتین III, فندق, فنیل آمونیالیاز,

چکیده مقاله :

فراصوت می تواند اثرات گوناگونی برسیستم‌های زنده بر جای گذارد. از مهم‌ترین این اثرات افزایش تولید متابولیت های ثانویه دارویی در سیستم های کشت سلولی می باشد. امروزه تاکسان ها به عنوان یک دسته از متابولیت های ثانویه مهم دارویی در درمان بسیاری از سرطان ها شناخته شده اند.این ترکیبات دارویی ابتدا از گیاه سرخدار استخراج گردیدند .در تحقیق اخیر کشت سلولی گیاه فندق در محیط بهینه LSبه عنوان منبع مناسب تولید تاکسان ها معرفی می‌شود. همچنین در این تحقیق سلول های جداکشت فندق در معرض امواج با توان خروجی mW/ cm24 با فرکانس ثابتkHz 44/29در زمان های متفاوت4،20،8و40 دقیقه قرار گرفتند. بر اساس نتایج بدست آمده امواج فراصوت با انرژی پایین در زمان های کوتاه تابش،باعث افزایش زیتوده و تاکسان های مورد مطالعه (تاکسول، باکاتین و 10- داستیل باکاتین III) گردید. با توجه به افزایش قابل توجه میزان تاکسان های درون سلولی می توان گفت که امواج فراصوت با القای مسیرهای بیوسنتزی آنها باعث افزایش سنتز این ترکیبات در سلول های فندق گردیده است. افزایش میزان فعالیت آنزیم فنیل آمونیالیاز ( ژن مرتبط با بیوسنتز تاکسان ها) تحت تاثیر فراصوت موید این فرض می باشد.

چکیده انگلیسی:

Low-intensity ultrasound is known as a physical elicitor with a variety of biological effects on living cells. However, little information is available on the use of ultrasound in order to enhance biological processes. The present study was undertaken to clarify the effects of Low-energy ultrasound on the cell growth and secondary metabolites biosynthesis in suspension-cultured Coryllus avellana cell. Taxol, an anticancer drug which is usually extracted from Taxus sp., has been isolated from Coryllus avellana cells as well. The cells were grown in a modified LS medium and were exposed to ultrasound at power density of 4 mW/ cm2 for 4 to 40 min. Sonication of the cells for 20 min remarkably increased the yields of three major taxanes, i.e., paclitaxel, 10-deacetyl baccatin, and baccatin III (up to 6.07, 2.76, and 1.7 mg/kg, respectively). Enhancement of phenylalanine ammonialyase was also observed in ultrasound-treated cells. The results showed that the applied ultrasound had no significant effect on cell growth but, interestingly resulted in the increase of taxol biosynthesis by the cells. According to the results elicitation of Coryllus avellana with ultrasound can be suggested as a successful strategy for increase of the production of desired secondary metabolites.

منابع و مأخذ:

 

[1]    Barber B. P. , R.A. Hiller, R. Lofstedt, S.J. Putterman, and K.R. Weninger (1997) Defining the unknowns of sonoluminescence. Physics Reports, 28: 165-143.

[2]    Bochu W., A. Yoshikoshi, and A. Sakanishi (1998) Carrot cell growth response in a stimulated ultrasonic environment. Colloids Surfaces B: Biointerfaces 12: 89-95.

[3]    Chen B., J. Huang, J. Wang,and L. Huang (2008) Ultrasound effects on the antioxidative defense systems of  Porphyridium cruentum. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 16: 88-92.

[4]    Christen A.A., D.M. Gibson, and J.Bland (1991) Production of taxol or taxol-like compounds in cell culture, US Patent 5019504.

[5]    DahajipourHeidarabadi, M., F.Ghanati , and T. Fujiwara (2011) Interaction between boron and aluminum and their effects on phenolic metabolism of Linum usitatissimum L. roots. Plant Physiology and Biochemistry, 49: 1377-1383.

 

[6]    Ikeda K., T.Takayama, N.Suzuki, K.Shimada, K.Otsuka, and K.Ito (2006) Effects of low-intensity  pulsed ultrasound on the differentiation of C2C12. cells Life Sciences, 79 :1936-1943.

[7]    Lawton M.A., and C.J.Lamb (1987) Transcriptional activation of plant defensegenes by fungal elicitor, wounding, and infection. Molecular and Cellular Biology, 7: 335-341.

[8]    Lin L.D., and J.Y.Wu (2002) Enhancement of shikonin production in single- and two- phase suspension cultures of Lithospermum erythrorhizon cells using low-energy ultrasound. Biotechnology and Bioengineering, 78: 81-88.

[9]    Liu Y., H.Takatsuki, A.Yoshikoshi, B.Wang, and A.Sakanishi (2003)  Effects of ultrasound on the growth and vacuolar H₁-ATP ase activity of aloe arborescens callus cells. Colloids Surface B, 32b: 105-116.

[10]Liu Y., Yoshikoshi A.,Wang B., and Sakanish A. (2003) Influence of ultrasonic stimulation on the growth and proliferation of Oryza sativa Nipponbare callus cells. Colloid Surface B, 27:287-293.

[11]Phillips R.L., S.M. Kaepplert, and P. Olhoft )1994) Genetic instability of  plant tissue cultures: Breakdown of normal controls. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 91: 5222-5226.

[12]Rezaei A., F.Ghanati, M. Behmanesh, and M. Mokhtari dizaji (2011) Ultrasoud –potentiated salicylic acid-induced  physiological effects and  production of Taxol in hazel (Corylus Anellana L.) cell culture. Ultrasound in Medicine and Biology,  37: 1938-1947.

[13]Sundaram J., R.Berlyn, Mellein, and S. Mitragotri(2003)An experimental and theoretical analysis of ultrasound-Induced permeabilization of cell membranes. Biophysical Journal, 84: 3087-3101.

[14]Wang J.W., L.P.Zheng, J.Y.Wu, and R.X.Tan (2006) Involvement of nitric oxide in oxidative burst, phenylalanine ammonia-lyase activation and Taxol production induced by low-energy ultrasound in Taxus yunnanensis cell suspension cultures. Nitric Oxide, 15: 351-358.

[15]Wu J., and  X.Ge (2004) Oxidative burst, jasmonic acid biosynthesis, and taxol production induced by low-energy ultrasound in Taxus chinensis cell suspension cultures. Biotechnology and Bioengineering , 85: 714-721.

[16]Wu J., and L.Lin (2002) Elicitor-like effects of low-energy ultrasound on plant (Panax ginseng) cells: induction of plant defense responses and secondary etabolite production. Applied Microbiology and Biotechnology , 59: 51-57.