021-91001392

متابولیت های ثانویه، شناسایی و انواع متابولیت های ثانویه

ﻣﺘﺎﺑﻮﻟﯿﺖﻫﺎي ﺛﺎﻧﻮﯾﻪ ﺗﺮﮐﯿﺒﺎت آﻟﯽ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﮐﻪ ﻣﺴﺘﻘﯿﻤﺎً در ﻣﺮاﺣﻞ رﺷﺪ و ﻧﻤﻮ ﯾﺎ ﺗﻮﻟﯿﺪ ﻣﺜﻞ ﯾﮏ ارﮔﺎﻧﯿﺴﻢ زﻧﺪه ﺷﺮﮐﺖ ﻧﻤﯽﮐﻨﻨﺪ. در ﻃﯽ ﺳﺎﻟﯿﺎن ﻃﻮﻻﻧﯽ، ﺑﺸﺮﯾﺖ از اﯾﻦ وﯾﮋﮔﯽ در ﮔﯿﺎﻫﺎن داروﯾﯽ در ﺻﻨﺎﯾﻊ ﻣﺨﺘﻠﻔﯽ ﻫﻢﭼﻮن ﺻﻨﻌﺘﯽ، داروﯾﯽ، ﺑﻬﺪاﺷﺘﯽ و ﺑﻬﺮه ﺟﺴﺘﻪ اﺳﺖ. ﺑﺮﺧﻼف ﻣﺘﺎﺑﻮﻟﯿﺖﻫﺎي اوﻟﯿﻪ، ﻫﻢﭼﻮن ﮐﺮﺑﻮﻫﯿﺪارتﻫﺎ، ﭘﺮوﺗﺌﯿﻦﻫﺎ و اﺳﯿﺪﻫﺎي ﻧﻮﮐﻠﺌﯿﮏ، ﻧﺒﻮد ﻣﺘﺎﺑﻮﻟﯿﺖﻫﺎي ﺛﺎﻧﻮﯾﻪ ﺑﻪ ﻣﺮگ ﻓﻮري ﻣﻮﺟﻮد ﻣﻨﺠﺮ ﻧﻤﯽﺷﻮد، اﻣﺎ ﻣﻤﮑﻦ اﺳﺖ در دراز ﻣﺪت ﺳﺒﺐ اﺧﺘﻼل در ﺑﻘﺎي ﻣﻮﺟﻮد زﻧﺪه، ﺑﺎروري ﯾﺎ وﯾﮋﮔﯽﻫﺎي ﻇﺎﻫﺮي آن ﮔﺮدد ﯾﺎ ﻣﻤﮑﻦ اﺳﺖ ﻫﯿﭻ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻣﺸﻬﻮدي را ﺳﺒﺐ ﻧﺸﻮد.

اﯾﻦ ﺗﺮﮐﯿﺒﺎت ﻏﺎﻟﺒﺎً ﻧﻘﺶ ﻣﻬﻤﯽ را در ﺳﯿﺴﺘﻢ دﻓﺎﻋﯽ ﮔﯿﺎﻫﺎن در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﮔﯿﺎهﺧﻮاري و دﯾﮕﺮ ﺳﯿﺴﺘﻢﻫﺎي دﻓﺎﻋﯽ ﺑﯿﻦ ﮔﻮﻧﻪﻫﺎ ﺑﺎزي ﻣﯽﮐﻨﻨﺪ.از آنجا که گیاهان متحرک نیستند، با درجه زیادی از انعطاف پذیری فیزیولوژیکی برای انطباق با شرایط خارجی در حال نوسان تکامل یافتهاند. عالوه بر این، بسیاری از گونههای گیاهی برای تولیدمثل جنسی و پراکندگی بذر به حیوانات وابسته میباشند. از جمله پاسخ های تطبیقی گیاهان به تنش های محیطی، توانایی سنتز انواع زیادی از این نوع ترکیبات شیمیایی میباشد .

همانطور که گفته شد، متابولیتهای ثانویه بخشی از ساختمان مولکولی پایه سلول نیستند، در مقادیر کم یافت میشوند و ممکن
است نقش آشکاری در رشد و نمو نداشته باشند و در صورت وجود، در بافت ها، اندام های خاص یا در مراحل خاصی از رشد یافت می شوند. همچنین تولید آنها ممکن است در سطحی گسترده و یا به خانواده و یا جنس خاص و یا حتی گونه خاصی از گیاهان محدود باشد.
متابولیت های ثانویه در فرآورده های صنعتی کاربرد فراوانی دارند و در ساخت دارو، صابون، اسانس، رنگ ها، صمغ ها، رزین،
کائوچو، چاشنی غذا و نوشیدنی و غیره به کار میروند. این ترکیبات در خود گیاه نیز دارای وظایف مهمی مانند عملکرد هورمون ها و تنظیم کننده های رشد، رفع آلودگی میکروبی، جذب عوامل گرده افشان و همچنین دور کردن علفخواران و حشرات می باشند که به این واسطه موجب کاهش خسارت حیوانات و حشرات شده و به گیاهان تولیدکننده کمک می کنند تا در اکو سیستم خود زنده بمانند. گیاهان با استفاده از این ترکیبات، که متعلق به خانواده های شیمیایی مختلف از جمله آلکالوئیدها و فالونوئیدها می باشد، به محافظت از خود در برابر حمالت میکروبی، موجودات گیاه خوار و تابش اشعه ماوراء بنفش میپردازند. متابولیت های ثانویه همچنین نقش کلیدی در جذب حشرات گرده افشان گل به خصوص رنگ دانه آنتوسیانین و اسانس ترپنوئیدها( و در دیگر تعامالت مفید با سایر موجودات میباشند ).

لزوم مطالعه متابولیتهای ثانویه

متابولیت ها یا فرآورده های ثانویه به جز مسیر بیوسنتزی پیچیده ای که برای تولید دارند، دارای ساختار پیچیده نیز هستند و همین امر مطالعه آنها را با کندی مواجه کرده است. این در حالی است که ارزش باالی این ترکیبات در صنایعی همچون پزشکی، لازمه مطالعه شیمیایی این ترکیبات را به وجود می آورد. مطالعه متابولیت های ثانویه، همچنین سبب افزایش درک ما از بیوسنتز و فعالیت آن ها می شود.
لازم به ذکر است که ساختار این مولکول ها اغلب برای سنتز شیمیایی کامال کارآمد، بیش از حد پیچیده می باشد. به همین دلیل، علیرغم کم بودن غلظت این متابولیت ها در گیاهان، گیاهان هنوز تنها منبع بادوام اقتصادی برای بسیاری از این متابولیت های ارزشمند هستند. از طرفی گرایش روز افزون جوامع بشری به استفاده از داروهای با منشأ گیاهی سبب افزایش تقاضای مواد مؤثره گیاهان دارویی شده است. علیرغم پیشرفت های زیاد در زمینه سنتز مصنوعی مواد مؤثره گیاهی، به دلیل ناشناخته بودن و پیچیدگی ساختمان شیمیایی اغلب آنها، تولید این ترکیبات به صورت سنتتیک، مشکل و مستلزم هزینه های زیادی است. در نتیجه تاکنون موفقیت چشم گیری در تولید این ترکیبات دارویی ارزشمند حاصل نشده است و هنوز هم استخراج از منابع گیاهی تنها منبع به صرفه اقتصادی دستیابی به این ترکیبات است .

در نهایت، مطالعه و فهم این ترکیبات ارزشمند می تواند ما را در سرمایه گذاری هر چه بیشتر بر روی گیاهان بومی کشورمان یاری کند. به عنوان مثال، ترکیب نوسکاپین، یک ماده ضدسرطان بوده و با اتصال به رشته های توبولین در مرحله متافاز، باعث توقف تقسیم سلولی و القای آپوپتوسیس در سلول های سرطانی می شود. این متابولیت ثانویه در خشخاش و تنهادر جنس Papaver یافت می شود و تا به امروز گونه somniferum Papaver تنها منبع تجاری برای تولید این ماده ارزشمند است. از طرفی به دلیل داشتن دو کربن کایرال در ساختار شیمایی آن، سنتز شیمایی نوسکاپین بسیار زمان بر و هزینه بر است.
مطالعات جدید نشان می دهد که خشخاش ایرانی (L. bracteatum Papaver ) نیز دارای ژن های بیوسنتزی نوسکاپین می باشد و به دلیل چند ساله بودن و سازگاری به اقلیم ایران، می تواند منبع مناسبی برای تولید نوسکاپین در کشور باشد. لازم به ذکر است که گیاه خشخاش ایرانی به جهت داشتن کدئین بالا معروفیت بالایی پیدا کرده است، اما همان گونه که گفته شد، با مطالعه دیگر ترکیبات در گونه های بومی میتوان منابع مناسبی برای تولید این چنین داروهای ضروری معرفی کرد.

طبقه بندی متابولیت های ثانویه

متابولیت های ثانویه به طور عمده به سه کالس ترپنوئیدها که در حدود 25000 ،آلکالوئیدها در حدود 12000 ترکیب، و فنولیک در
حدود 8000 ترکیب گوناگون را شامل می شوند اما علاوه بر این متابولیت ها، میتوان به روغن های ضروری، فالونوئیدها و کالس های دیگر اشاره کرد (2000 Croteau).

ترپنوئیدها

ترپنوئیدها متنوع ترین ترکیبات طبیعی گیاهی از لحاظ ساختاری می باشند. این ترکیبات باتوجه به کاربرد وسیعی که در
تولیدات صنعتی ازجمله چاشنی ها، داروها، عطرها و حشره کش ها و عوامل ضدمیکروبی دارند، از لحاظ تجاری بسیار حائز اهمیت می باشند. ترپنوئیدها به جهت خواص منحصر به فردشان به عنوان مواد بیولوژیکی در صنعت برای تولید الستیک های سنگین، کمک فنر و محصولات التکس مثل دستکش جراحی استفاده می شوند .
مثال های دیگر از ترپنوئیدهای گیاهی با ارزش اقتصادی قابل توجه شامل موارد زیر است:
منتول، یک مونوترپنوئید استخراج شده از نعناع بوده و در صنعت عطر و طعم استفاده می شود.
آبتیک اسید، یک دی ترپنوئید جداسازی شده از rosin conifer که در صنعت لاک، varnishes و صابون استفاده می شود.
آرتمیزنین و تاکسول که به عنوان داروهای ضدمالاریا و ضدسرطان کاربرد دارند .
اصطلاح ترپن به مولکولهای هیدروکربن اطلاق می شود در حالیکه ترپنوئیدها اشاره به مولکول های ترپنی گفته می شوند که دچار تغییرات بعدی شده اند. ترپنوئیدها بیشترین و متنوعترین ترکیبات طبیعی شناخته شده در گیاهان هستند. این ترکیبات ارزنده در خود گیاه نیز نقش های فراوانی دارند که از آن جمله میتوان به حفاظت گیاهان در برابر گیاه خواران، جذب عوامل گرده افشان، همزیستی گیاه با موجودات دیگر و رقابت گیاه با گیاهان دیگر اشاره کرد.
تاکسول یک دی ترپنوئید حلقوی بسیار مهمی است که در سال 1962 از درخت سرخدار (brevifolia Taxus )استخراج شد.
ساختار مولکولی این ترکیب در سال 1971 به وسیله کریستالوگرافی با اشعه X مشخص شد. این ترکیب امروزه به عنوان یک
داروی ضدسرطان مهم در شیمی درمانی استفاده می شود. مکانیسم ضدسرطانی این ترکیب بدین صورت است که با اتصال به زیر واحدهای تشکیل دهنده میکروتوبول ها از پلیمریزاسیون آنها جلوگیری کرده لذا در هنگام تقسیم سلولی سبب عدم جدا شدن صحیح کروموزم ها شده و با اختلال در تقسیم سلولی از رشد سلول جلوگیری میکند.

آلکالوئیدها

آلکالوئیدها به ترکیباتی گفته می شود که دست کم دارای یک اتم نیتروژن در حلقه هتروسیکلیک هستند. این دسته از متابولیت های ثانویه نقش عمدتاً دفاعی داشته و بعضاً به عنوان منابعی برای ذخیره نیتروژن در گیاه مطرح می شوند. از جمله مهم ترین آلکالوئیدها میتوان به مورفین و کدئین اشاره کرد .

کلمه آلکالوئید از کلمات alkali و ειδоо کلمه یونانی (Similarity) یا ειδŵ به معنی (to appear) اقتباس شده است. اساساً
به موادی که ظاهر قلیایی دارند گفته می شود. ریشه کلمه alkali از بخش عربی al-qualja به معنی خاکسترهای گیاهی است که مترادف با کلمه انگلیسی potash است . این کلمه اولین بار در سال 1819 توسط W.Meissner به کار گرفته شده است. از نظر وی آلکالوئیدها موادی استخراج شده از گیاهان هستند که مانند مواد قلیایی واکنش می دهند .

سرانجام این اصطلاح در سال 1822 وقتی که O. Jacobsen یک مقاله کامل در مورد این ترکیبات “ter buch der chemieÖA.Ladenburg’s Hand W نوشت، ارائه و بنیان نهاده شد. این اصطلاح برای همه بازها، موادآلی چه حیوانی و چه
گیاهی و کلیه موادی که به طور مصنوعی تهیه می شوند به کار میروند. به عبارتی دیگر آلکالوئیدها با بازهای آلی یا قلیایی آلی
مترادف است .

تقریباً 43 سال بعد A.Stoll ترکیبات بازی حاوی نیتروژن در گیاهان را به عنوان آلکالوئید معرفی کرد. در سال 1959 میلادی،
P.Karrer همین تعریف را در مجله Lehrbuch der organis chemie مطرح کرد . در سال 1983 S.W.Pelletier اعلام کرد که آلکالوئید یک ترکیب حلقوی آلی حاوی نیتروزن در یک حالت اکسیداسیون منفی است که توزیع آن در میان ارگانیسم های زنده محدود می شود. هیچکدام از این تعاریف کامل نیستند و هر یک ایرادی اساسی دارند.
اما امروزه آلکالوئیدها مواد آلی نیتروژندار با منشأ طبیعی با یک درجه خصلت بازی بیشتر یا کمتر هستند. این تعریف آمینو اسیدهای خالص، پپتیدها، نوکلئیک اسیدها و بازهای نیتروژن دار آلی سنتزی مانند آنیلین را شامل نمی شود. در حال حاضر حدود 6000 آلکالوئید طبیعی وجود دارد. امروزه 25 درصد داروهای تجاری، از این نوع ترکیبات و مشتقات آنها تهیه می شود . آلکالوئیدها شناخته شده ترین ترکیبات طبیعی حاوی نیتروژن هستند. این ترکیبات مزه تلخی دارند و دارای اثر سمی بر روی سیستم غشای سلولی خصوصاً سلول های عصبی می باشند. به عنوان یک حشره کش عمل می کنند و در صنعت داروسازی نیز اهمیت فراوانی دارند . ترکیبات بسیار اعتیادآور نظیر کوکائین، مورفین، نیکوتین، کافئین و THC یا Tetra hydro cannabinol (ماری جوانا) در این گروه قرار دارند. ایندول آلکالوئیدها، متابولیت های ثانویه با گستردگی وسیع می باشند که فعالیت دارویی بسیار متنوعی دارند. ایندول آلکالوئیدها و مشتقات آنها به طور گسترده در آزمایشات کلینیکی استفاده شده اند. از جمله وین بلاستین، وین کریستین، کامپتوتسین ، ویندولین ، رسرپین و ایندولین . مطالعات گستردهای فعالیت زیستی متنوع ایندول آلکالوئیدها از فعالیت ضدباکتریایی گرفته تا فعالیت ضدالتهابی و فعالیت ضدتوموری را نشان دادهاند. علاوه بر این، ایندول آلکالوئیدها حاصل از محیط دریایی یک گروه امید بخش و فعال از بیومولکول ها هستند که فعالیت زیستی، سیتوتوکسیکی، ضد ویروسی، ضد انگلی و ضد التهابی را پوشش می دهند.

فلاونوئیدها

واژه فلاونوئید به مفهوم وسیع، تمام رنگدانه های گیاهی را در بر میگیرد. نام فلاون از کلمه لاتین فلاووس به معنای زرد گرفته
شده است. در گیاهان عالی به ویژه نهاندانگان حدود 4000 نوع فلاونوئید شناسایی شده که بیش از 90 نوع فلاونوئید در مرکبات و بیش از 30 نوع در خانواده کمپوزیته موجود است. تاکنون هیچ نوع فلاونوئید در جلبکها گزارش نشده است. در میان ترکیبات
فنولی، فلاونوئیدها کلیه اعمال متابولیت های ثانویه را درگیاهان دارا می باشند. فلاونوئیدها از مشتقات فنیل پروپانوئید هستند که دارای ساختمان 15 کربنه می باشند. در بیشتر فلاونوئیدها حلقه A متادی هیدروکسیل یا متاتری هیدروکسیل میباشد در مقابل حلقه B دارای یک یا دو یا سه عامل هیدروکسیلی می باشد. این اختلاف ناشی از مبدأ بیوسنتز دو حلقه می باشد. حلقه A از سه مولکول اسید استیک متراکم و حلقه B از قندها در مسیر شیکمیک مشتق شده است.

خواص فلاونوئیدها

فلاونوئیدها باعث ایجاد رنگ در گلها، میوه ها و گاها برگ ها می شوند. همچنین به علت خاصیت جذب حشرات در گرده افشانی و باروری گیاهان نیز مؤثر می باشند. فلاونوئیدها باعث افزایش مقاومت به عوامل بیماری زا در گیاهان می شوند همچنین جذب کننده قوی اشعه ماورای بنفش ( 340-250 نانومتر) می باشند. در ساختمان اندام های جنسی و رویشی دانه گرده از طریق اثر بر عمل ژن ها و آنزیم ها اثر مثبت دارند. این ماده همچنین باعث کلاته کردن برخی یون های فلزی مانند آهن و مس می شوند . فلاونوئیدها از طریق مهار عناصر کاتالیزشده از اکسیداسیون جلوگیری می کنند. از دیگر خواص این مواد می توان به خاصیت جمع کنندگی مواد زاید اشاره کرد. فلاونوئیدها مهارکننده سلولهای سرطانی هستند که این اثر را از طریق بیان ژن، افزایش دهنده ایمنی بدن (آنتیاکسیدان)، خاصیت ضد ویروسی، ضد باکتریایی، ضد تورمی، ضد التهابی، ضد آلرژی، ضد موتاسیون، کاهش دهنده نفوذپذیری و شکنندگی مویرگ ها اعمال می کنند. همچنین در کشور چین برای درمان هپاتیت از فلاونوئیدها استفاده می شود . 45 درصد فلاونوئیدهای مرکبات به طور ویژه جذب ویتامین C را بهبود می بخشند. افراد سیگاری و افرادی که تحت فشار استرس هستند، به میزان زیادی از ویتامین C و فلاونوئیدهای مرکبات نیاز دارند. فلاونوئیدهای مرکبات میتوانند به فرم ترکیباتی جهت کنترل افراد سیگاری یا به شکل آمپول هایی برای ورزشکاران مورد استفاده قرار گیرند .
گیاهانی همچون بومادران، سرخ ولیک، جینکو، آویشن، گل راعی، بابونه رومی، انار، چای، زالزالک، برگ بو، گل ساعتی، مرکبات، شیرین بیان از جمله منابع باارزش فلاونوئیدها به حساب می آیند . فنولیک ها این ترکیبات عمدتاً از مسیر شیکمیک اسید و اسید آمینه های آروماتیک منشأ می گیرند. به دلیل حلقوی بودن توانایی دریافت و ساطع کردن نور را دارند و از این خصوصیت برای شناسایی شان استفاده می کنند. این مواد در حضور یک باز به عنوان عامل یونیزه کنند عمل کرده و سبب ایجاد رادیکال های آزاد می شوند .
مواد این گروه کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف دارند از جمله این موارد میتوان به تانینها اشاره کرد که در صنعت چرم
سازی شرکت می کنند. این ترکیبات همچنین در ادویه جات کاربرد فراوانی دارند و بعضی از مواد این گروه (ویتامین E )دارای فعالیت آنتی اکسیدانتی قابل ملاحظه ای هستند . شناسایی متابولیت هدف بدون شک مه مترین بخش در بحث مهندسی متابولیت شناسایی متابولیت مدنظر است. این که این ترکیب چه ویژگی هایی دارد را میتوان با روش های آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار داد. امروزه با توجه به این که ساختار ترکیبات ارزشمند در دسترس است، میتوان ساختار ترکیب مدنظر را با ترکیب های موجود تطبیق داد و ویژگی خاص این ترکیب را تا حدودی حدس زد . به عنوان مثال ترکیبی که به عنوان یک ماده ضدسرطان حدس زده می شود، میتوان با استفاده از روش های آزمایشگاهی با سلول های
سرطانی مورد مطالعه قرار داد. همچنین امروزه با مطالعه پروفایل متابولیتی یک گیاه با روش هایی از جمله MS-HPLC و -LC MS از ترکیبات موجود در گیاه آگاه شد. برخی از این ترکیبات جداسازی شده مانند تاکسول که به عنوان یک ترکیب ضدسرطانی
مورد استفاده قرار می گیرد و یا آرتمیزینین که فعالیت ضد مالاریایی دارد، باعث جلب توجه محققان به منظور مطالعه مسیرهای
بیوسنتزی این ترکیبات و همچنین دیگر ترکیبات که ممکن است اثر فارماکولوژیکی قوی داشته باشند، شده است .
نقش مطالعات متابولومیکس در این گونه تحقیقات به دو حالت است. شناسایی توزیع زمانی و مکانی متابولیت مدنظر به طوریکه توسط شرایط خود گیاه یا تغییرات محیطی رخ می دهد و دوم این که ترکیبات مرتبط دیگر را شناسایی می کنند. این ترکیبات میت وانند به عنوان حد واسط در این مسیرها شناخته شوند. تلفیق مطالعات متابولومیکس و مطالعات مرتبط با ژنومیکس، ترانسکریپتومیکس و پروتئومیکس، میتواند در شناسایی مسیرهای بیوسنتزی این ترکیبات فیتوشیمیایی کمک
ارزندهای بکند . روش های شناسایی متابولیت های ثانویه با درنظر گرفتن ارزش متابولیت های ثانویه و ضرورت مطالعه آنها، انواعی از روش های آزمایشگاهی به منظور مطالعه ساختار این ترکیبات معرفی شده اند که برخی از آنها در این مطالعه بررسی میشوند. بسیاری از این روش ها در وهله اول هزینه بر و زمان بر هستند، بنابراین یکی از مزایای شناسایی ساختار متابولیت های ثانویه، امکان ایجاد کتابخانه های مجازی از اطلاعات این ترکیبات می باشد. از این رو، میتوان ترکیبات را با دستگاه های مقرون به صرفه تر مطالعه نمود. همچنین شناسایی ساختار شیمایی باعث ایجاد فرصتی برای بررسی ویژگی لیگاند-آنزیم در شرایط آزمایشگاهی می شود . طیف سنجی جرمی یکی از روش های مطالعه ی ترکیبات شیمیایی، طیف سنج جرمی است که شامل جداسازی یون های یک یا چند اتمی بر پایه نسبت جرم به بار (m/z) و اندازه گیری m/z و فراوانی یون ها در فاز گازی است. به عبارت دقیقتر طیف سنجی جرمی به بررسی نسبت جرم به بار مولکول ها با استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی می پردازد . این روش یکی از روش هایی است که در شناسایی متابولیت ها بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. اصلی ترین مزیت این تکنیک حساسیت بالای آن می باشد. به علاوه، تلفیق روش MS با تفکیک سازی کروماتوگرافی، باعث افزایش دقت و توانایی بالا در تفکیک و شناسایی ترکیبات موجود در متابولوم یک موجود می شود .

 

روش مطالعه متابولیت های ارزشمند در گیاهان

 

دو روش تلفیقی GC–MS و LC–MS بیشترین کاربرد را در این بین دارند. گاز کروماتوگرافی جرمی، یک روش پر کابرد در
جداسازی و شناسایی مخلوطهای فرار گازی می باشد . GC-MS از ترکیب دستگاه کروماتوگرافی گازی ( به منظور جداسازی اجزاء مخلوط گازی)  و دستگاه اسپکترومتر جرمی (به منظور شناسایی اجزاء ) تشکیل شده است . کروماتوگرافی گازی همانند دیگر روش های کروماتوگرافی از دو فاز متحرک و ساکن تشکیل شده است. فاز ساکن شامل یک جسم جامد جاذب (کروماتوگرافی گاز- جامد) و یا لایه نازکی از یک مایع غیر فرار (کروماتوگرافی گاز- مایع) می باشد، که دیواره های داخلی
ستون یا روی سطح گلوله های شیشه ای یا فلزی را می پوشاند. فاز متحرک شامل یک گاز می باشد، که به آن گاز حامل نیز گفته می شود. گاز حامل باید یک گاز بی اثر باشد، تا با فاز ساکن، حلال و یا نمونه واکنش ندهد. به همین دلیل معمولاً از نیتروژن یا هلیم استفاده می شود . استفاده از این روش به منظور شناسایی انواع معین از نمونه هایی مثل ترپنوئیدها و روغنهای ضروری (essential oils) بسیار مناسب و کاربردی می باشد. همچنین برای برخی از مشتقات گیاهی که به صورت قطبی هستند و یا آنهایی که دارای گروه های قطبی می باشند مانند اسیدامینه، شکرها، اسیدهای طبیعی، اسیدهای چرب و آمین ها. این مسأله بیانگر این است که بسیاری از ترکیبات مرتبط با متابولیت های اولیه به سادگی با این روش قابل شناسایی هستند. روش یونیزاسیون در این روش بیشتر بصورت EI بوده که باعث افزایش دقت در تفکیک ترکیبات یونی را به دستگاه می دهد .

 

آزمایشات متابولومیکیس گیاهی با استفاده از روش MS

 

روش LC-MS نیز از جمله دیگر روش های پرکاربرد در مطالعات مربوط به متابولوم در گیاهان است. روش اصلی برای یونیزاسیون
در این تکنیک نیز بصورت API می باشد که در واقع شامل دو روش EI و APCI میباشد . این دو روش، نیازی به تبخیر
شدن ندارند و از این جهت برای مطالعه ترکیبات با گروه عاملی حساس به حرارت، دارای زیرساختارهای شیمیایی ناپایدار، دارای
نقطعه تبخیر بالا و وزن مولکولی زیاد مناسب می باشند. در گیاهان روش LC-MS برای انجام پروفایل متابولیت های ثانویه بسیار
مورد استفاده قرار می گیرد که میتوان به فنیل پروپانوئیدها، آلکالوئیدها و ساپونینها اشاره کرد .
طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای
روش NMR یا همان طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته ای از دیگر روش های محبوب در مطالعات متابولومیکس می باشد. این روش بیشتر به دلیل این که وضعیت اتمی ترکیبات را تعیین می کند، و همچنین قادر به شناسایی متابولیت هایی است که توسط روش هایی مثل MS قابل شناسایی نیستند. به کمک طیف سنجی NMR میتوان اطلاعات دقیق در مورد مقادیر و هویت
متابولیت های موجود در عصاره و همچنین شرایط درونسلولی( in vivio) به دست آورد.

در بررسی متابولیت به کمک NMR نیازی به ستون کروماتوگرافی و یا استاندارد نیست. در این روش فقط باید به Hp نمونه توجه
ویژه داشت زیرا تغییرات(شیفت) شیمیایی میتواند بر اساس pH نمونه تغییر یابد. به منظور کنترل pH و خطاهای محتمل، از
بافرهایی برای کنترل pH استفاده می شود. از جمله مزایای دیگر روش NMR نسبت به MS این است که روش NMR غیرمخرب،
غیرمغرضانه، بسیار کمی، و توانایی شناسایی ترکیبات پیچیده ناشناس اشاره کرد .
گیاهان دارویی: منابعی برای متابولیت های ثانویه بدون شک، گیاهان دارویی مهمترین و بهترین منبع تولید متابولیت های ثانویه هستند که از نسل ها قبل به عنوان منابع ارزشمند شناخته می شدند. این گیاهان گاه به طور وحشی و در برخی مناطق به طور زراعی و کنترل شده کشت و کار می شوند. کشور ایران به دلیل داشتن اقلیم آب و هوایی متفاوت و سازگار، به عنوان منطق های برای رویش بسیاری از گیاهان دارویی بوده است . گیاهان دارویی از ارزش و اهمیت خاصی در تأمین بهداشت و سلامتی جوامع، هم به لحاظ درمان و هم پیشگیری از بیماری ها برخوردار بوده و هستند. این بخش از منابع طبیعی قدمتی همپای بشر داشته و یکی از مهم ترین منابع تأمین غذایی و دارویی بشر
درطول نسل ها بوده اند . از نقطه نظر تاریخی، این گیاهان اهمیت فراوانی در توسعه جوامع داشته اند و تحقیقات وسیعی برای یافتن فرآورده ها ومواد طبیعی دارویی گیاهی در طول تاریخ انجام شده اما نکته حائز اهمیت اینجاست که تنها کمتر از 10 % از مجموع 250000 گونه گیاهی جهان برای بیش از یک عملکرد زیست شناختی، شناسایی و مورد استفاده قرار گرفته اند. به عبارت دیگر بر اساس آمارهای منتشره توسط سازمان جهانی سلامت [2]، تنها بین 35 تا 70 هزار گونه گیاه دارویی در طول زمان برای حداقل یک یا چند بار مورد مصرف قرار گرفته است. در حال حاضر، 25 % از داروهای موجود، منشأ گیاهی دارند و 12 % داروها نیز از منابع میکروبی ساخته شده اند. پتانسیل تولید داروهای گیاهی در طبیعت بسیار بالاست. این گیاهان دارای ترکیبات ارزشمندی هستند که تحت عنوان متابولیت های ثانویه شناخته میشوند .
بازار گیاهان دارویی در ایران و جهان امروزه بسیاری از جوامع بشری به دنبال کسب درآمد و تجارت از طریق گیاهان دارویی حاوی متابولیت های ثانویه ارزشمند هستند. اما در این بین کشور ایران علیرغم داشتن تنوع عظیم گونه ای، متاسفانه نقش چندانی در این بازار جهانی ندارد . بر طبق آمار ارائه شده توسط سازمان تجارت جهانی (ITC)، حجم کل صادرات گیاهان دارویی کشورهای جهان در سال 2004میلادی برابر با 673462 تن بوده که در سال 2013 میلادی با 7 / 3 درصد افزایش به حدود 722465 تن رسیده است. از نظر مالی نیز، ارزش کل صادرات گیاهان دارویی کشورهای جهان از 60 میلیارد دلار به بیش از 100 میلیارد دلار افزایش یافته است و تخمین زده می شود که در سال 2050 این مبلغ به بیش از 500 میلیارد دلار برسد .با این وجو طبق آمار موجود، سهم ایران از این بازار در حدود 3 درصد و ارزشی بالغ بر 440 میلیارد دلار دارد . این در حالی است که به گفته رییس اتحادیه صادرکنندگان گیاهان دارویی، هر ساله این مقدار کمتر می شود و دلیل این امر نیز از دست دادن بازارهای خارجی می باشد . بسیار جالب توجه است اگرچه ایران در سال 2014 بر اساس گزارشات رسمی یازدهمین کشور جهان پس از کشورهای چین، هند، آمریکا، ژاپن، آلمان، برزیل، کره جنوبی، انگلستان، فرانسه، ایتالیا در زمینه پژوهش و ارائه مقالات علمی در مورد گیاهان دارویی و فرآورده های آن قرار داشته، اما متأسفانه در بین کشورهای مطرح تولیدکننده و صادرکننده گیاهان دارویی و فرآورده های آن جایی ندارد و در زمینه تجاری سازی محصولات خود توفیقی نداشته است .
اما نکته جالب توجه دیگر در این خصوص، این است که از 422 هزار گونه گیاهی جهان حدود 8 هزار گونه آن در ایران وجود دارد
که تعداد 1728 گونه به طور انحصاری فقط در ایران می روید. بر اساس آمار رسمی وزارت جهاد کشاورزی، سطح زیرکشت گیاهان دارویی 156 هزار و 339 هکتار و مجموع تولید آنها 173 هزار و 605 تن بوده است. تخمین زده می شود، حدود 3500 تن از محصولات جنگلی و مرتعی در زمره گیاهان دارویی قرار داشته و به شکل وحشی و خودرو سالانه در ایران تولید می شود. در نتیجه، و با توجه به شواهد موجود، با مدیریت صحیح و عملی میتوان قدم مناسبتری در افزایش سهم کشور ایران در تولید گیاهان دارویی و افزایش صادرات برداشت .

جمع بندی:

متابولیت های ثانویه ترکیبات بسیار ارزشمندی هستند که گیاهان در طی سالیان متمالی و از طریق انتخاب طبیعی، واکنش به شرایط محیطی، به دست آورده اند. این ترکیبات با آنکه نقش کلیدی همچون متابولیت های اولیه در رشد و نمو گیاه ندارد، اما همواره گیاهان برای سازگاری در محیط و یا تولید مثل و… به آنها نیاز دارند . بدون شک گیاهان دارویی همواره یکی از منابع غنی از متابولیت های ارزشمند بوده اند. مطالعات باستان شناسی و تاریخی حاکی از آن است که بشریت در تمام دوران اهمیت ویژه ای به این ترکیبات ارزشمند قائل بودهاند. از سنگنگاره های قدیمی در غارها، تا شواهدموجود از درمان بسیاری از بیماری ها در طب سنتی چین و ایران باستان، همه نشان از محبوبیت این گیاهان دارند. از طرفی در برخی از دوران تاریخی، ارزش این گیاهان به قدری زیاد بود که از آنها در تجارت و معاوضه کالا به کالا استفاده می کردند . کشور ایران دارای اقلیم متنوعی است، از این رو خاستگاه بسیاری از گیاهان دارویی است که بسیاری از آنها دارای خواص و متابولیت های ارزشمند هستند. بنابراین، نیاز ضروری برای شناخت انواع متابولیت های ثانویه که در گیاهان تولید می شوند، و همچنین نحوه مطالعه آنها بسیار مهم و حیاتی است. در واقع، برای اینکه در بازار جهانی حرفی برای گفتن داشته باشیم و بتوانیم سهمی از این تجارت هنگفت داشته باشیم، می بایست به دنبال این دانش برویم . در کشورمان محققان بسیاری در زمینه گیاهان دارویی، شناسایی متابولیت های ارزشمند در گونه های بومی، مهندسی مسیرهای بیوسنتزی به منظور افزایش مقدار تولید در گیاهان یا ریشه های موئین کار می کنند، که حمایت از این چنین قشری میتواند جایگاه ایران را در تولید و صادرات داروهای گیاهی بهبود بخشد. این امر تنها نیاز به کشف منابع عظیم کشور، جلوگیری از انقراض گونه های بومی، و در نهایت سرمایه گذاری مناسب بخشهای خصوصی و دولتی در این بخش است .