دانشگاه شهید باهنر کرمان

 آمار

تعداد نشریات26
تعداد شماره‌ها447
تعداد مقالات4,557
تعداد مشاهده مقاله5,379,993
تعداد دریافت فایل اصل مقاله3,580,058
سلیمانی زاده, مژگان, جلالی جواران, مختار, باقری, عبدالرضا. (1398). زراعت مولکولی و راهکارهای افزایش تولید پروتئین‌های نوترکیب در گیاهان. , 11(2), 101-126. doi: 10.22103/jab.2019.13483.1110
مژگان سلیمانی زاده; مختار جلالی جواران; عبدالرضا باقری. "زراعت مولکولی و راهکارهای افزایش تولید پروتئین‌های نوترکیب در گیاهان". , 11, 2, 1398, 101-126. doi: 10.22103/jab.2019.13483.1110
سلیمانی زاده, مژگان, جلالی جواران, مختار, باقری, عبدالرضا. (1398). 'زراعت مولکولی و راهکارهای افزایش تولید پروتئین‌های نوترکیب در گیاهان', , 11(2), pp. 101-126. doi: 10.22103/jab.2019.13483.1110
سلیمانی زاده, مژگان, جلالی جواران, مختار, باقری, عبدالرضا. زراعت مولکولی و راهکارهای افزایش تولید پروتئین‌های نوترکیب در گیاهان. , 1398; 11(2): 101-126. doi: 10.22103/jab.2019.13483.1110

زراعت مولکولی و راهکارهای افزایش تولید پروتئین‌های نوترکیب در گیاهان

مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
مقاله 6، دوره 11، شماره 2، شهریور 1398، صفحه 101-126    اصل مقاله (864.06 K)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22103/jab.2019.13483.1110
نویسندگان
مژگان سلیمانی زاده* 1؛ مختار جلالی جواران2؛ عبدالرضا باقری3
1، دانش آموخته دکتری بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2دانشیار، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
3گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
هدف: تقاضا برای پروتئین‌های نوترکیب دارای مصارف دارویی به‌طور چشمگیری در حال افزایش می‌باشد؛ تا حدی که صنعت داروسازی سنتی به‌تنهایی جوابگوی این تقاضا برای نسل‌های حال و آینده نخواهد بود. طی دو دهه‌ گذشته بیوراکتورهای گیاهی به ‌دلایل متعدد محبوبیت بیشتری نسبت به سایر روش‌های سنتی به‌دست آورده‌اند، از جمله این دلایل می‌توان به مقیاس‌پذیری، سرعت بالای تولید، قیمت پایین تولید، توانایی انجام تغییرات پس از ترجمه و ایمنی زیستی آن‌ها اشاره کرد. تاکنون تعداد زیادی از پروتئین‌های دارویی مهم با استفاده از فناوری زراعت مولکولی تولید شده‌اند. در این مقاله سعی شده است که ضمن معرفی مختصری از تاریخچه‌ زراعت مولکولی، انواع سیستم‎های بیانی مبتنی بر گیاهان و چالش‌های زراعت مولکولی، راهکارها و راهبردهای مناسب برای حل چالش‌های این حوزه مورد بحث و بررسی دقیق کارشناسی قرار گیرد.
نتایج: علی‌رغم پیشرفت‌های بسیار امیدوار کننده در حوزه زراعت مولکولی هنوز با دو چالش جدی مواجه هستیم؛ سطوح تجمع ناکافی پروتئین‌های نوترکیب و فقدان روش‌های تخلیص کارآمد، که لازم است مورد توجه جدی قرار گیرند. برای دستیابی به سطوح بالای تولید، فاکتورهای متعددی از قبیل: انتخاب پیشبرنده یا عناصر افزایش دهنده مناسب، بهینه‌سازی کدونی، هدف‌گیری مناسب درون سلولی، استفاده از رویکرد پروتئین الحاق شونده و غیره بایستی در نظر گرفته شوند. در صنعت داروسازی به‌طور معمول، از روش‌های کروماتوگرافی برای تخلیص پروتئین‌های نوترکیب استفاده می‌شود. کاربرد این روش‌ها به‌دلیل مقیاس پذیری، هزینه و مشکلات آلودگی ستون برای تخلیص پروتئین‌های نوترکیب مشتق شده از گیاه، دارای محدودیت‌های زیادی می‌باشند. نتیجه گیری: رویکردهای پروتئین الحاق شونده نه تنها برای افزایش عملکرد پروتئین‌های نوترکیب مشتق از گیاه بلکه برای تسهیل مراحل خالص‌سازی توسعه یافته‌اند.
کلیدواژه‌ها
بیوراکتورهای گیاهی؛ خالص‌سازی پروتئین نوترکیب؛ دنباله‌های الحاق شونده به پروتئین؛ زراعت مولکولی
مراجع

جلالی جواران مختار، سلیمانی‌ زاده مژگان، لطیف بابک همکاران (1393) مکانیسم‌های افزایش تولید پروتئین‌های نوترکیب در کلروپلاست. فن‌آوری زیستی در کشاورزی 5، 97-87.

جلالی جواران مختار، محب الدینی مهدی، معصومی اصل اسد (1388) موفقیت‌های کشاورزی مولکولی (molecular farming) در ایران. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 1، 48-19.

سلیمانی‌ زاده مژگان، جلالی جواران مختار، عبدالرضا باقری همکاران (1397) بررسی اثر بهینه‌سازی کدونی بر میزان بیان نانوبادی Anti-VEGF. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 9، 100-81.

References

Abdoli-Nasab M, Jalali-Javaran M, Cusidó RM et al. (2013) Expression of the truncated tissue plasminogen activator (K2S) gene in tobacco chloroplast. Mol Biol Rep 40, 5749-5758.

Alvarez ML, Topal E, Martin F, Cardineau GA (2010) Higher accumulation of F1-V fusion recombinant protein in plants after induction of protein body formation. Plant Mol Biol 72, 75-89.

Bagheri K, Javaran MJ, Mahboudi F et al. (2013) Expression of human interferon gamma in Brassica napus seeds. Afr J Biotechnol 9, 5066-5072.

Barta A, Sommergruber K, Thompson D et al. (1986) The expression of a nopaline synthase-human growth hormone chimaeric gene in transformed tobacco and sunflower callus tissue. Plant Mol Biol 6, 347-357.

Bartlett JG, Snape JW, Harwood WA (2009) Intron‐mediated enhancement as a method for increasing transgene expression levels in barley. Plant Biotechnol J 7, 856-866.

Benchabane M, Goulet C, Rivard D et al. (2008) Preventing unintended proteolysis in plant protein biofactories. Plant Biotechnol J 6, 633-648.

Buyel J, Twyman R, Fischer R (2015) Extraction and downstream processing of plant-derived recombinant proteins. Biotechnol Adv 33, 902-913.

Conley AJ, Joensuu JJ, Richman A, Menassa R (2011) Protein body-inducing fusions for high-level production and purification of proteins in plants. Plant Biotechnol J 9, 419-433.

Desai P N, Shrivastava N, Padh H (2010) Production of heterologous proteins in plants: strategies for optimal expression. Biotechnol Adv 28, 427-435.

Dirisala V R, Nair R R, Srirama K et al. (2017) Recombinant pharmaceutical protein production in plants: unraveling the therapeutic potential of molecular pharming. Acta Physiol Plant, 39, 18.

Evangelista R L, Kusnadi A R, Nikolov ZL (1998) Process and economic evaluation of the purification of β‐glucuronidase from transgenic corn. Biotechnol Prog 14, 607-614.

Floss DM, Sack M, Stadlmann J et al. (2008) Biochemical and functional characterization of anti‐HIV antibody-ELP fusion proteins from transgenic plants. Plant Biotechnol J 6, 379-391.

Ganapathy M (2016) Plants as bioreactors-a review. Adv Tech Biol Med 4, 2379-1764.

Gelvin SB (2003) Agrobacterium-mediated plant transformation: the biology behind the “Gene-Jockeying” tool. Microbiol Mol Biol Rev 67, 16-37.

Gerasimova S, Smirnova O, Kochetov A, Shumnyi V (2016) Production of recombinant proteins in plant cells. Russ J Plant Physiol 63, 26-37.

Gleba Y, Klimyuk V, Marillonnet S (2007) Viral vectors for the expression of proteins in plants. CurrOpin Biotechnol. 18, 134-141.

Hakanpää J. Paananen A, Askolin S et al. (2004) Atomic resolution structure of the HFBII hydrophobin, a self-assembling amphiphile. J Biol Chem 279, 534-539.

Hefferon K (2017) Plant Virus Expression Vectors: A Powerhouse for Global Health. Biomed 5,44.

Hellwig S, Drossard J, Twyman RM, Fischer R (2004) Plant cell cultures for the production of recombinant proteins. Nat Biotechnol 22, 1415.

Hiatt A, Bowdish K (1989) Production of antibodies in transgenic plants. Nat 342, 76-78.

Hood E, Witcher DR, Maddock S et al. (1997) Commercial production of avidin from transgenic maize: characterization of transformant, production, processing, extraction and purification. Mol Breed 3, 291-306.

Huang J, Yang J, Guan L et al. (2015). Expression of bioactive recombinant human fibroblast growth factor 10 in Carthamus tinctorius L. seeds. Protein Expr Purif 138, 7-12.

Jacquet N, Navarre C, Desmecht D, Boutry M (2014) Hydrophobin fusion of an influenza virus hemagglutinin allows high transient expression in Nicotiana benthamiana, easy purification and immune response with neutralizing activity. PloS one 9, e115944.

Jalali Javaran M, Mohebodini M, Masoumi Asl A (2010) The success of molecular farming in Iran. Agric Biotechnol J 1, 19-48 (in Persian).

Jalali Javaran M, Soleimanizadeh M, Latif B et al. (2014) Mechanisms to increase the production of recombinant proteins in plant chloroplasts. Agric Biotechnol 5, 87-97 (in Persian).

Jalali Javaran V, Shafeinia A, Javaran MJ et al. (2017)  Transient expression of recombinant rt-PA gene in cucurbit plants using viral vector. Biotechnol Lett 39, 607-612.

Joensuu JJ, Conley AJ, Linder MB, Menassa R (2010) Hydrophobin fusions for high-level transient protein expression and purification in Nicotiana benthamiana. Plant Physiol 152, 622-633.

Jung SK, McDonald KA (2016) Improved transient production of a cellulase enzyme in detached sunflower leaves using plant hormones. Biotechnol Bioprocess Eng 21,726-732.

Kang T J, Loc NH, Jang MO, Yang MS (2004) Modification of the cholera toxin B subunit coding sequence to enhance expression in plants. Mol Breed 13, 143-153.

Kapila J, De Rycke R, Van Montagu M, Angenon G (1997) An Agrobacterium-mediated transient gene expression system for intact leaves. Plant Sci 122, 101-108.

Karimzadegan V, Javaran VJ, Shams Bakhsh M, Javaran MJ (2018) The Effect of MeJA and temperature on the transient expression of recombinant proteins in Cucurbita pepo L. Mol Biotechnol 61, 84-92.

Kopertekh L, Schiemann J (2017) Transient production of recombinant pharmaceutical proteins in plants: evolution and perspectives. Curr Med Chem 24, 1-16.

Kurppa K, Reuter LJ, Ritala A et al. (2018) In‐solution antibody harvesting with a plant‐produced hydrophobin-Protein A fusion. Plant Biotechnol J 16, 404-414.

Li X Q, Wei JZ, Aroian RV (2007) Resistance to root‐knot nematode in tomato roots expressing a nematicidal Bacillus thuringiensis crystal protein. Plant Biotechnol J 5, 455-464.

Liu WX, Song YR, Qu LQ (2010) Evaluation of seed storage-protein gene 5′ untranslated regions in enhancing gene expression in transgenic rice seed. Theor App Genet 121, 1267-1274.

Llompart B, Llop-Tous I, Marzabal P et al (2010) Protein production from recombinant protein bodies. Process Biochem 45, 1816-1820.

Llop-Tous I, Ortiz M, Torrent M, Ludevid MD (2011) The expression of a xylanase targeted to ER-protein bodies provides a simple strategy to produce active insoluble enzyme polymers in tobacco plants. PloS one 6, e19474.

Lojewska E, Kowalczyk T, Sakowicz T (2016) Extraction and purification methods in downstream processing of plant-based recombinant proteins. Protein Expr Purif 120, 110-117.

Ma S, Wang A (2012) Molecular farming in plants: an overview, Molecular Farming in Plants: Recent Advances and Future Prospects. pp. 1-20.

Menassa R, Ahmad A, Joensuu JJ (2012) Transient expression using agroinfiltration and its applications in molecular farming. Molecular Farming in Plants: Recent Advances and Future Prospects. pp. 183-198.

Mirzaee M, Jalali-Javaran M, Moieni A et al. (2018) Expression of VGRNb-PE immunotoxin in transplastomic lettuce (Lactuca sativa L.). Plant Mol Biol 97, 103-112.

Moustafa K, Makhzoum A, Trémouillaux-Guiller J (2016) Molecular farming on rescue of pharma industry for next generations. Crit Rev Biotechnol 36, 840-850

Nagaya S, Kawamura K, Shinmyo A, Kato K (2009) The HSP terminator of Arabidopsis thaliana increases gene expression in plant cells. Plant Cell Physiol 51, 328-332.

Naik PM, Al-Khayri JM (2016) Abiotic and biotic elicitors-role in secondary metabolites production through in vitro culture of medicinal plants. In: Abiotic and Biotic Stress in Plants-Recent. Advances and Future Perspectives, InTech. pp. 248-277.

Nausch H, Mikschofsky H, Koslowski R et al. (2012) High-level transient expression of ER-targeted human interleukin 6 in Nicotiana benthamiana. PloS one 7, e48938.

Nie L, Wu G, Zhang W (2006) Correlation between mRNA and protein abundance in Desulfovibrio vulgaris: a multiple regression to identify sources of variations. Biochem and Biophys Res Commun 339, 603-610.

Obembe OO, Popoola JO, Leelavathi S, Reddy SV (2011) Advances in plant molecular farming. Biotechnol Adv 29, 210-222.

Park K Y, Wi SJ (2016) Potential of plants to produce recombinant protein products. J Plant Biol 59, 559-568.

Patel J, Zhu H, Menassa R et al. (2007) Elastin-like polypeptide fusions enhance the accumulation of recombinant proteins in tobacco leaves. Transgenic Res 16, 239-249.

Pillay P, Schlüter U, van Wyk S et al. (2014) Proteolysis of recombinant proteins in bioengineered plant cells. Bioengineered 5, 15-20.

Pogue GP, Vojdani F, Palmer KE et al. (2010) Production of pharmaceutical‐grade recombinant aprotinin and a monoclonal antibody product using plant‐based transient expression systems. Plant Biotechnol J 8, 638-654.

Rigano MM, Scotti N, Cardi T (2012) Unsolved problems in plastid transformation. Bioeng 3, 329-342.

Robert S, Sainsbury F, Michaud D (2015) Leaf proteome rebalancing in tobacco for upstream enrichment of a transiently expressed recombinant protein. Plant Biotechnol J 13, 1169-1179.

Sabalza M, Christou P, Capell T (2014) Recombinant plant-derived pharmaceutical proteins: current technical and economic bottlenecks. Biotechnol Lett 36, 2367-2379.

Sack M, Hofbauer A, Fischer R, Stoger E (2015) The increasing value of plant-made proteins. Curr Opin Biotechnol 32, 163-170.

Santos RB, Abranches R, Fischer R et al. (2016) Putting the spotlight back on plant suspension cultures. Front Plant Sci 7, 297.

Sharma AK, Sharma MK (2009) Plants as bioreactors: Recent developments and emerging opportunities. Biotechnol Adv 27, 811-832.

Sijmons PC, Dekker B, Verwoerd TC et al. (1990) Production of correctly processed human serum albumin in transgenic plants. Nat Biotechnol 8, 217-221.

Soleimanizadeh M, Bagheri A, Jalali javaran M et al. (2018) Enhanced expression and purification of anti-VEGF nanobody in cucurbit plants. J Plant Biochem Biot 1-8.

Soleimanizadeh M, Bagheri A, Jalali javaran M et al. (2018) Study of the effect of codon optimization on Anti-VEGF nanobody expression. Agric Biotechnol J 9, 81-100 (in Persian).

Streatfield SJ (2007) Approaches to achieve high‐level heterologous protein production in plants. Plant Biotechnol J 5, 2-15.

Thomas DR, Walmsley AM (2014) Improved expression of recombinant plant-made hEGF. Plant Cell Rep 33, 1801-1814.

Torrent M, Llompart B, Llop-Tous I et al. (2009) Eukaryotic protein production in designed storage organelles. BMC Biol 7, 5.

Tremblay R, Wang D, Jevnikar A M, Ma S (2010) Tobacco, a highly efficient green bioreactor for production of therapeutic proteins. Biotechnol Adv 28, 214-221.

Van Molle I, Joensuu JJ, Buts L et al. (2007) Chloroplasts assemble the major subunit FaeG of E. coli F4 (K88) fimbriae to strand-swapped dimers. J Mol Biol 368, 791-799.

Verma D, Daniell H (2007) Chloroplast vector systems for biotechnology applications. Plant Physiol 145, 1129-1143.

Webster GR, Ma JK C (2017) Synthetic gene design-The rationale for codon optimization and implications for molecular pharming in plants. Biotechnol Bioeng 114, 492-502.

Wirth S, Calamante G, Mentaberry A et al. (2004) Expression of active human epidermal growth factor in tobacco plants by integrative and non-integrative systems. Mol Breed 13, 23-35.

Xu J, Ge X, Dolan MC (2011) Towards high-yield production of pharmaceutical proteins with plant cell suspension cultures. Biotechnol Adv 29, 278-299.

Xu J, Towler M, Weathers PJ (2016) Platforms for Plant-Based Protein Production. Bioprocess Plant in Vitro Sys 1, 1-40.

Yarbakht M, Jalali-Javaran M, Nikkhah M, Mohebodini M (2015) Dicistronic expression of human proinsulin-protein A fusion in tobacco chloroplast. Biotechnol Appl Biochem 62, 55-63.

Zagorskaya A, Deineko EV (2017) Suspension-cultured plant cells as a platform for obtaining recombinant proteins. Russ J Plant Physiol 64, 795-807.

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 1,295
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,051


سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب