رویان و دستاوردهای بنیادی/از شبیه سازی حیوانات آزمایشگاهی تا تولید داروهای نوترکیب
خبرگزاری آنا- گروه علم و فناوری؛ دشمنان نظام جمهوری اسلامی ایران همواره در تلاش هستند، دستاوردها و توانمندی های متخصصان و پژوهشگران ایران را در اذهان عمومی دنیا نادرست جلوه دهند. مقام معظم رهبری طی سخنرانی که اخیرا در جمع مردمان قم داشتند مطرح کردند: «کار نرمافزاری دشمن، فاصلهانداختن بین واقعیت و تصور افکار عمومی است. امروز کار اساسی و مهم برای دستگاههای تبلیغاتی ما، پاره کردن پردهی توهم اقتدار دشمن است؛ نگذارید تبلیغات دشمن بر روی افکار عمومی اثر کند».
فهوای سخنان رهبر انقلاب به نقاط پیشرفت ایران در حوزههای مختلف علمی، فناوری تولید علم و ... اشاره دارد. پیشرفتهای علمی که حاصل تلاش مختلف پژوهشگران پژوهشگاههای مختلف علمی و پژوهشی است. پژوهشگاه رویان یکی از مراکزی است که نقل محافل علمی دنیاست.
«رویان» یکی از موفقترین و ممتازترین پژوهشگاههای ایران است؛ این پژوهشگاه در حوزههای بینالمللی حدود هفده طرح بینالمللی با پانزده كشور دنیا مانند آلمان ، استرالیا و آمریكا دارد. پژوهشهایی که اکنون با همكاری پژوهشگران پژوهشگاه رویان و خارجی در حال اجراست.
پژوهشگاه رویان، یک قطب تحقیقاتی و فناوری در تراز بینالمللی، پیشگام در توسعه علم، فناوری و نوآوری در علوم زیستی با مرجعیت در علوم سلولهای بنیادی، تولیدمثل، زیستفناوری، طب ترمیمی و مؤثر در ارتقاء سلامت جامعه است؛ پژوهشگاهی که هشتم خرداد ماه سال 1370 بهعنوان مرکز جراحی محدود با هدف ارائه خدمات درمانی به زوجهای نابارور و پژوهش و آموزش در زمینه علوم باروری و ناباروری توسط زندهیاد دکتر سعید کاظمی آشتیانی و گروهی از پژوهشگران و همکارانش در جهاد دانشگاهی علوم پزشکی ایران تاسیس شد و طی چند دهه اخیرتوانسته است دستاوردهای بین المللی زیادی کسب کند.
در این گزارش قصد داریم به موضوع بیوتکنولوژی و تولید پروتئینهای نوترکیب با استفاده از حیوانات تراریخته؛ یکی از مهمترین دستاوردهایی که پژوهشگران این پژوهشگاه به آن دست پیدا کرده اند، بپردازیم.
نقش بیوتکنولوژی در زندگی بشر
بیوتکنولوژی زیست فناوری کاربرد علوم مختلف در استفاده مستقیم یا غیر مستقیم از موجودات زنده قسمتی از بدن یا فرآوردههای آنها در اشکال طبیعی یا تغییر یافته است. زمینههای فعالیت زیست فناوری در بخشهای کشاورزی پزشکی، دام، طیور و آبزیان فراوردههای غذایی و داروئی، صنعت و محیط زیست است.
پیشرفتهای چشمگیر زیست فناوری در دهههای اخیر (به ویژه پس از دستیابی به روشهای نوین مهندسی ژنتیک در جداسازی، ژنها دستکاری و انتقال آنها از موجودی به موجود دیگر) آن را به عنوان یکی از مهمترین فناوریهای مولد در حال و آینده معرفی کرده است.
به طور کلی زیست فناوری یکی از محورهای اساسی توسعه در بسیاری از کشورها قلمداد شده و در تنظیم راهکارها و برنامههای ملی توجه جدی به آن معطوف شده است.
تأمین سلامت و بهداشت جمعیت ازهفت میلیاردی ساکنان کره زمین از طریق تولید داروهای نوترکیب و واکسن ها، دستیابی به روشهای درمان کم، هزینه یافتن درمان بیماریهای صعب العلاج و تشخیص سریعتر و موثرتر بیماریهای گوناگون از جمله بیماریهای ژنتیکی از وظایف زیست فناوری پزشکی است. زیست فناوری همچنین تولید محصولات نوینی را که قبلا از روشهای دیگر امکان تولید آن وجود نداشته یا بسیار سخت و دشوار بوده، ممکن ساخته است.
صنعت زیست فناوری برای تولید فرآوردهای ژنها در اوایل دهه ۸۰ میلادی با استفاده از باکتری اشریشیاکلی صورت گرفت. سپس برای تولیدات پیچیده ژن ها، سیستم کشت بافتهای جانوری مورد استفاده قرار گرفت. کشت سلولهای پستانداران بسیار گران قیمت بوده و در عین حال باعث تولید میزان کمی از پروتئینهای نوترکیب میشود که حتی با وجود هزینههای زیاد کفاف نیازهای درمانی مورد نیاز را نمیدهد. برای مثال با میانگین تولید ۱۰ میلی گرم پروتئین نوترکیب به ازای هر لیتر محیط کشت، هزینه هر گرم از فرآورده بالغ بر ۱۰ هزار دلار است به همین دلیل لزوم توسعه روش ارزانتر مورد توجه قرار گرفت.
تولید پروتئینهای نوترکیب با استفاده از حیوانات تراریخته
روش جایگزین برای تولید پروتئینهای نوترکیب استفاده از حیوانات تراریخته است. با تشخیص پیشبرندههایی (پروموتورها) که ژنها را در اندامهای ترشحی تولید میکنند، فرآورده کلون شده میتواند به سمت مایعات بدن نظیر خون، شیر، ادرار، لنف، بزاق و در طیور به سمت تخم مرغ هدایت شود.
در بین محصولات تولیدی که به عنوان منبع تولید پروتئین نوترکیب به کار میروند شیر و تخم مرغ بیشتر از همه مورد توجه است. شیر علاوه بر داشتن پتانسیل زیاد جهت تولید شیوه جمع آوری آسان و غیرتهاجمی نیز نسبت به سایر تولیدات حیوانی مثل ادرار، خون، پوست یا بزاق داراست.
پیشبرندههای قوی که در بافت پستانی وجود دارند پتانسیل مناسبی را جهت تولید فرآوردههای نوترکیب فراهم میکند. با توجه به امکان اختصاصی بودن این پروموتورها در بافت شیری شرایطی فراهم میشود که حیوان با وجود تولید فرآورده نوترکیب کمتر در معرض اثرات ناشی از آن قرار گیرد. با یک بیوراکتور زنده، (یعنی حیوان اهلی که با علف تغذیه میشود)، بهای فرآورده تولید شده بسیار کمتر از کشت بافت و خیلی نزدیک به قیمت ماده تولید شده در باکتری اشریشیاکلی و مخمر است.
همچنین وجود مزیتهای قابل توجه در طیور سبب شده است که طیور تراریخته نیز همچون پستانداران هم به عنوان یک بیورآکتوری دارویی و هم به عنوان یک مدل مناسب جهت مطالعه بسیاری از بیماریها مورد توجه قرار گیرد آنچه که سبب شده جهش انجام شده به سمت طیور تراریخته با سرعت بیشتری پیش رود، دوره رشد و فاصله نسل کوتاه آنها و همچنین ردیابی جوجههای حاوی ژن انتقال یافته در مدت کوتاهتر و از همه مهمتر ساختار ساده پروتئینهای تخم است که به شکل معنی داری در خالص سازی پروتئین نوترکیب تاثیر مثبت دارد.
از سوی دیگر به علت پتانسیل بالای تولید و امکان پرورش سریع، سطوح بالای بیان پروتئینهای خارجی، گلیکوزیلاسیون (واکنش غیرآنزیمی قندها با پروتئینها) دقیق آنها و نیز هزینههای پایین تولید جوجه سبب شده است که طیور تراریخته به عنوان یک از گزینههای مهم منبع تجاری تولید پروتئینهای نوترکیب در صنعت داروسازی باشد.
حیوانات تراریخته و کاربردهای درمانی آنها
فرآیند تراریختگی شامل انتقال توالیهای DNA یک ژن خارجی به ژنوم ارگانیسمهای چند سلولی و اطمینان از انتقال توالیها به فرزندان گونههای دستکاری شده است. این ژن خارجی، ترنس ژن و حیوان مورد نظر تراریخته نامیده میشود بنابراین واژه تراریخته برای گونههای تک سلولی که تحت فنون مهندسی دستخوش تغییر و تحول شدهاند به کار نمیرود. تکنولوژی تراریختگی روش سریعی را برای انتقال ژن جدید در گاو، خوک، گوسفند، بز، جوجه و ماهی فراهم میکند.
اولین گزارش انتقال ژن به جنین تک سلولی مربوط به کارهای گوردن به روی جنین موش در سال ۱۹۸۰ است. پس از آن در سال ۱۹۸۱ اولین موش تراریخته با تکنیک تزریق درون سلولی (میکرواینجکشن) متولد شد. ژن تراریخت وارد شده به این حیوان باعث افزایش حساسیت موش متولد شده به سرطان میگشت. این تکنیک سپس در دیگر پستانداران به کار برده شد.
اولین دام اهلی تراریخت (گوسفند) در سال ۱۹۸۵ متولد شد. با پیشرفت تکنیکهای جدید برای مداخله در تولید مثل، حیوانات روشهای جدیدی برای انتقال ژنهای خاص به داخل ژنوم حیوانات مزرعه به کار برده شد. الحاق پایدار این ژنها به داخل سلولهای زاینده جنسی Germ line، پیشرفت بزرگی در زیست فناوری دامی داشته است؛ تولید حیوانات ترنسژنهای بزرگ وسیلهای با ارزش برای بیوتکنولوژی و مطالعات ژنتیک است.
تولید فرآورده نوترکیب در شیر
بیشترین توجهی که در ارتباط با تغییر ژنتیکی غدد پستانی مطرح است مسئله تولید فرآوردههای دارویی نوترکیب در شیر است. شیر در مقایسه با خون ترکیبی سادهتر داشته و تخلیص فرآورده نوترکیب از آن نسبت به خون راحتتر است. پروتئینهایی که در شیر یافت میشوند عمدتا مختص بافت غدد شیری هستند بنابراین در صورت ترکیب ژن مورد نظر با یکی از ژنهایی که پروتئین مرتبط با آن مختص بافت غدد شیری است، این انتظار میرود که ترکیب یاد شده به طور تخصصی در شیر ترشح گشته و سایر بافتهای حیوانی در معرض آن ترکیب و اثرات احتمالی آن قرار نگیرند. خود غده پستانی هم دارای توانایی مناسبی جهت تولید پروتئین هستند.
اولین گزارش مربوط به تولید فرآورده دارویی در غدد پستانی مربوط به سال ۱۹۸۷ در موش تراریختهای است که شیر او حاوی پروتئین t-PA. بود گزارش اولین دام تراریخت مربوط به گوسفند در سال ۱۹۸۸ است.
محصولات دارویی تولید شده
محصولات دارویی که تاکنون تولید شدهاند به شرح زیر است:
بیشترین رده سلول تراریخته هم اکنون مربوط به آزمایشگاه Jackson در آمریکا است.
استفاده از بز به عنوان حیوان تراریخته
بزهای ترنسژنیک شیرده برای تولید پروتئینهای نوترکیب درمانی به دلایل زیر بسیار مناسب هستند:
۱- توانایی بالای تولید محصول خاص
۲-فاصله تولید نسبتا کوتاه
۳- شیوع پایین بیماری
بیش از ۷۰۰ لیتر شیر هر ساله از یک بز ترنسژنیک بدست میآید که حاوی ۱ تا ۱۰ گرم پروتئین در هر لیتر شیر است. گرچه محصولات در گاو شیرده بالاتر است، اما بزهای شیرده فاصله شیردهی کوتاهتری دارند و بنابراین برای استفاده در برنامههای تراریخته از نظر اقتصادی با صرفه هستند.
علاوه بر این بزهای ماده میتوانند برای تولید شیر به صورت هورمونی در ۲ ماهگی تحریک شوند که یک نمونه ابتدایی را برای تست محصولات (مثل سطوح بیان و فعالیت بیولوژیکی) فراهم کند. مقادیر بیشتری از شیر میتواند به دنبال یک بارداری طبیعی یا جفت گیری مصنوعی بز ماده ترنسژنیک تولید شود.
رویان و شبیه سازی حیوانات مزرعهای
پژوهشگاه رویان تحقیقات خود را برای تولید بز تراریخته برای فاکتور ۹ انعقادی خون (برای درمان هموفیلی B) در تهران و پروتئین TPA (برای درمان بیماران سکته قلبی) در اصفهان از سال ۱۳۸۵ آغاز کرد و سرانجام پس از گذشت سه سال تلاش موفق به تولید اولین بزغالههای تراریخته حاوی فاکتور ۹ انعقادی خون انسان شد.
بزغالهها صبح روز ۱۹ دی ماه ۱۳۸۸ در مرکز تهران متولد شدند. صحت تراریختگی نمونهها با تستهای مولکولی تایید شد. تلاشهای بعدی پس از شیردهی جهت تشخیص بیان این پروتئین و تخلیص آن نیز انجام شد.
نخستین حیوانات تراریخته «ترنس ژن» خاورمیانه که در پژوهشکده رویان متولد شدند، شنگول و منگول نام گرفتند. اولین گوسالههای شبیه سازی شده خاورمیانه نیز با نامهای «بنیانا» و «تامینا» تیرماه ۱۳۸۸ متولد شدند که چند روز بعد از تولد به علت بیماری عفونی تلف شدند.
در ادامه این گزارش مروری بر روند تلاشها و مهمترین دستاوردهای پژوهشگاه رویان در زمینه تولید حیوانات شبیه سازی شده و تراریخته با هدف حفظ نمونههای ممتاز وبرتر یک گونه جانوری و احیای گونههای در حال انقراض حیوانات داریم.
رویانی؛ نخستین گوسفند حاصل از بلوغ آزمایشگاهی
رویانی، نخستین گوسفند حاصل از بلوغ آزمایشگاهی تخمک (IVM) و لقاح خارج رحمی (IVF) در کشور است که با عمل سزارین اول مهر ماه ۱۳۸۵ در پژوهشکده زیست فناوری رویان، مزرعه تحقیقاتی تهران (کرج) به دنیا آمد؛ منبع تخمک آن تخمدان کشتارگاهی و منبع اسپرم آن نیز نژاد مرینوس بود. در این روش تخمکهای نابالغ گوسفند نژاد فشم تهران با روش آزمایشگاهی بالغ شد، سپس تخمکهای بالغ شده با اسپرم گوسفند نژاد مرینوس استرالیایی مجاوزسازی شد. جنینهای حاصال از این روش (جنین دو قلو) پس از هفت روز در مرحله بلاستوسیت به تعداد ۲۰۳ جنین به گوسفند میزبان منتقل شدند که یکی از دو بره در همان ابتدا از دست رفت، اما دومی سالم ماند.
رویانا؛ اولین گوسفند شبیه سازی شده در خاورمیانه
رویانا، دومین گوسفند همتاسازیشده در ایران است که ساعت ۳۰ دقیقه بامداد روز شنبه هشتم مهرماه سال ۱۳۸۵ از طریق عمل سزارین در پایگاه تحقیقاتی اصفهان پژوهشکده «رویان» جهاد دانشگاهی به دنیا آمد. این گوسفند از نژاد افشاری بود که اسفند همان سال به علت نارسایی کبدی از بین رفت. جسد رویانا (نخستین حیوان شبیه سازی شده در خاورمیانه)، پس از تاکسیدرمی، در پژوهشگاه رویان نگهداری شد تا نماد توانمندی ایران در دانش زیست فناوری باشد.
بووانا؛ نخستین گوسفند حاصل از بلوغ آزمایشگاهی
بووانا، نخستین گوساله حاصل بلوغ آزمایشگاهی تخمک و باروری خارج رحمی در ایران است که بامداد روز یکشنبه ۱۵ اردیبهشت ماه ۸۷ با هدف بهبود پتانسیل ژنتیکی شیرواری دامهای کشور در مدت زمان کوتاه در پایگاه اصفهان پژوهشکده رویان جهاد دانشگاهی به دنیا آمد. این گوساله ماده که از نژاد هلشتاین بود به صورت طبیعی و سالم به دنیا آمد و موقع تولد ۵۳ کیلوگرم وزن داشت.
تولد چهار بزغاله حاصل از لقاح آزمایشگاهی
۲۹ اسفند ۸۷ چهار بزغاله حاصل از لقاح آزمایشگاهی (IVF) با موفقیت در پژوهشکده زیست فناوری رویان به دنیا آمدند؛ تخمکهای کشتارگاهی با اسپرمهای بز نر مجاور شدند که حاصل آن در شش جنین انتقال داده شد. در نهایت پنج جنین حاصل شد که یکی از آنها به علت گنجایش کم رحم کوچک ماند و چهار جنین باقیمانده با رشد کامل به دنیا آمدند.
حنا؛ نخستین بزغاله شبیه سازی شده در ایران
اولین بز شبیه سازی شده کشور از نژاد بختیاری ساعت ۱:۳۰ بامداد ۲۶ فروردین ۱۳۸۸ در پژوهشکده زیست فناوری علوم سلولی اصفهان پژوهشکده رویان پس از عمل سزارین در سلامت کامل متولد شد. هدف پژوهشگران از به دنیا آوردن این بز زیبای حنایی- سفید دو رگه تولید دامهایی با قابلیت تولید داروهای نوترکیب (داروی «tPA») بود.
بنیانا؛ نخستین گوساله شبیهسازی شده در کشور
بنیانا، نخستین گوساله حاصل از تکنولوژی شبیه سازی شده در خاورمیانه است که ۲۰ تیرماه سال ۱۳۸۸ در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده زیست فناوری رویان اصفهان از طریق سزارین متولد شد. با تولد این گوساله شبیه سازی شده که از نژاد هلشتاین بود، ایران در جایگاه معدود کشورهای صاحب توانمندی در شبیه سازی انواع حیوانات مزرعهای (گاو، گوسفند و بز) قرارگرفت. این گوساله پس از گذشت هفت روز در گذشت. هدف از تولید این گوساله، حفظ نمونههای ممتاز وبرتر یک گونه جانوری و احیای گونههای در حال انقراض حیوانات بود.
تامینا؛ دومین گوساله شبیه سازی شده ایران
چند روز پس از تولد و مرگ زودهنگام بنیانا، «تامینا»؛ دومین گوساله شبیه سازی شده ایران و خاورمیانه و دوقلوی همسان ژنتیکی آن ۳ مرداد ماه ۱۳۸۸ در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده زیست فناوری از طریق سزارین به دنیا آمد، اما به فاصله سه روز بعد این گوساله هم به علت عوارض ناشی از تب حاد و به همان علتی که برای اولین گوساله شبیه سازی شده_بنیانا_ رخ داده بود، درگذشت.
میشا؛ نخستین میش وحشی شبیه سازی شده بین گونهای
میشا؛ نخستین میش وحشی شبیه سازی شده بین گونهای است که ۲۵ مهرماه ۱۳۸۸ با هدف حفظ نمونههای ممتاز و برتر یک گونه جانوری و احیای گونههای در حال انقراض حیوانات در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده زیست فناوری از طریق سزارین به دنیا آمد. این میش وحشی ماده که از قوچ قمیشلو منبع سلولی OEF شبیه سازی شده بود بلافاصله پس از تولد، درگذشت.
شنگول و منگول؛ نخستین بزغاله تراریخت در ایران و خاورمیانه
سرانجام پس از سالها تلاش پیگیر و تحقیقات مستمر پژوهشگران رویان، شنگول و منگول_ نخستین دامهای تراریخته_ با قابلیت تولید فرآوردههای دارویی و تولید فاکتور ۹ انعقادی انسانی در شیر برای درمان بیماران هموفیلی نوع B نوزدهم دی ماه ۱۳۸۸ در پژوهشکده زیست فناوری اصفهان به دنیا آمدند.
حبه انگور؛ سومین بزغاله تراریخت در ایران
سوم اردیبهشت ماه ۱۳۸۹ حبه انگور، سومین بزغاله تراریخته ایران نیز با هدف تولید پروتئین Tpa به منظور حذف لخته خون در افرادی که دچار سکته قلبی شدهاند در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده زیست فناوری اصفهان از طریق سزارین متولد شد.
آبگون و آبگینه؛ نخستین گوسالههای حاصل از انجماد شیشهای
۱۷ بهمن سال ۱۳۸۹ نیز آبگون و آبگینه (نخستین گوسالههای حاصل از انجماد شیشهای) با هدف افزایش میزان شیردهی دامهای کشور در مزرعه تحقیقاتی پژوهشکده زیست فناوری رویان اصفهان به دنیا آمدند. وزن آبگون در حین تولد ۴۸ کیلوگرم و وزن آبگینه نیز ۵۱ کیلوگرم بود.
راه اندازی نخستین مزرعه تولید فناورانه بز شیری
دی ماه سال ۱۳۹۳ به همت پژوهشگران جهاد دانشگاهی پژوهشکده زیست فناوری پژوهشگاه رویان، مرحله آزمایشی ایجاد اولین مزرعه تولید و تکثیر نژادهای بز شیری با استفاده از راهکارهای فناورانه تولید مثل با موفقیت به انجام رسید؛ این تلاش در یک مدل آزمایشگاهی جنینهای اصیل بز سانن با استفاده از مجموع تکنیکهای بلوغ آزمایشگاهی، لقاح آزمایشگاهی، شبیه سازی، انجماد جنین و به دنبال آن تلقیح به رحم بزهای بومی به نتیجه نشست که منجر به ۵۰ درصد آبستنی و بیش از ۴۰ درصد تولد زنده بزغالههای سانن (برترین نژاد شیری بز در دنیا) اصیل شد. اواخر اسفند همان سال عملیات نخستین تولید حاصل از شبیهسازی بز سانن در ایران انجام شد. در این شبیه سازی، جنین تولید شده از نژاد بز سانن با هدف اصلاح نژادی و افزایش شیردهی بز بومی کشور در رحم بز بومی ایران قرار داده شد.
مارال قوچ وحشی؛ نخستین حیوان شبیه سازی شده بین گونهای
سیزدهم مرداد ۱۳۹۴ خبری در ایران منتشر شد مبنی بر اینکه از رحم یک گوسفند، قوچ وحشی (یکی از گونههای در خطر انقراض کشور) متولد شد؛ این قوچ با انتقال هسته سلولی از یک راس قوچ وحشی به درون سلول تخمک بدون هسته یک گوسفند و انتقال جنین اولیه به رحم گوسفند به وجود آمده است.
شبیه سازی بز مورسیا؛ نژادی مقاوم به خشکی
اواخر آذرماه ۱۳۹۶ پژوهشگران پژوهشکده زیست فناوری رویان اصفهان با استفاده از شبیهسازی بز مورسیای اسپانیا از تخمدان و لقاح مصنوعی سلول بنیادی سه راس بز از آن نژاد را با استفاده از تجارب قبلی و پس از ۹ ماه تولید کردند؛ مورسیا از نژادهای گران قیمت بز بوده و قادر است روزانه دو تا سه کیلوگرم شیر با چربی و کیفیت بالا تولید کند. دراین روش تخمک نژاد بومی جنوب شرقی اسپانیا در آزمایشگاه بالغ سازی و سلولهای مورد نظر نژاد مورسیا به درون تخمکهای بالغ انتقال داده شدند.
و سخن پایانی
توانایی پژوهشگران در همانندسازی حیوانات، ترنس ژن (دستکاری ژنتیکی) و در نهایت تولید داروهای نوترکیب از مهمترین موفقیتهای پژوهشگران ایران پس از پیروزی انقلاب اسلامی محسوب میشود. کسب این دستاوردها همانند تولد حیوانات اهلی مانند گوساله، بزغاله و گوسفند و تولید محصولات نوترکیب که با دستکاریهای ژنتیک و تغییرات DNA در موجودات مختلف همراه است باعث شده تا نام ایران در میان کشورهای دارای تازهترین تکنولوژیها قرار گیرد.
از سوی دیگر پیشرفت در این حوزه فرصت جدیدی برای تولید پروتئینهای نوترکیب به منظور مدیریت بهتر بیماریها فراهم کرده است به همین دلیل ضرورت دارد ایران بیش از گذشته با حمایت مسئولان دولتی در این زمینه حضور چشمگیرتری پیدا کند.
انتهای پیام/