پژوهشگران در یک مطالعه جدید موفق شدهاند گیاهان تنباکو و کاهو را به گونهای مهندسی کنند که پروتئین حیوانی میوگلوبین (Myoglobin) را در کلروپلاستهای خود تولید کنند. این دستاورد، یکی از رویکردهای جدید در حوزه کشاورزی مولکولی (Molecular Farming) برای تولید پروتئینهای مورد استفاده در صنایع غذایی است.
میوگلوبین یک پروتئین حاوی هِم (Heme) است که بهطور طبیعی در بافت ماهیچهای حیوانات وجود دارد. حضور این ترکیب در گوشت با رنگ قرمز و برخی ویژگیهای طعمی و حسی آن ارتباط دارد و به همین دلیل میتواند برای توسعه نسل جدید محصولات پروتئینی جایگزین اهمیت داشته باشد.
کلروپلاست؛ کارخانهای جدید برای تولید پروتئین
در این پژوهش، محققان ژن مربوط به میوگلوبین را به ژنوم کلروپلاست گیاه منتقل کردند. برای انجام این کار از فناوری تفنگ ژنی (Gene Gun) استفاده شد تا نسخههای مورد نظر ژن وارد کلروپلاست سلولهای گیاهی شوند.
کلروپلاستها به دلیل داشتن نسخههای متعدد از ژنوم خود، ظرفیت مناسبی برای تولید مقادیر بالاتر برخی پروتئینها دارند. نتایج مطالعه نشان داد که گیاهان مهندسیشده توانستند میوگلوبین را بهصورت پایدار تولید کنند و این ویژگی در نسل بعدی گیاهان نیز حفظ شد.
چه مقدار میوگلوبین تولید شد؟
بر اساس نتایج گزارششده، میزان تجمع میوگلوبین در تنباکو حدود ۸۰۰ میلیگرم به ازای هر کیلوگرم وزن خشک گیاه و در کاهو حدود ۸۱۰ میلیگرم به ازای هر کیلوگرم وزن خشک بود.
این میزان تولید حدود سه برابر بیشتر از روشهای انتقال ژن به هسته سلول گزارش شده است. با این حال، بازده فعلی همچنان از میزان میوگلوبین موجود در بافت ماهیچهای حیوانات پایینتر است و برای کاربرد صنعتی نیاز به بهینهسازی دارد.
چالش اصلی؛ اتصال میوگلوبین به هِم
یکی از مهمترین محدودیتهای این فناوری، تنها میزان تولید پروتئین نیست؛ بلکه فعال بودن میوگلوبین تولید شده نیز اهمیت دارد.
میوگلوبین برای عملکرد مناسب باید به گروه هِم متصل شود. در این مطالعه، حدود ۳۵ درصد از میوگلوبین استخراجشده از گیاه به هِم متصل بود، در حالی که این میزان در میوگلوبین تولیدشده با روشهای تخمیر میکروبی حدود ۸۰ درصد گزارش شده است.
پژوهشگران احتمال میدهند رقابت میان مسیرهای زیستی تولید هِم برای سنتز میوگلوبین و ترکیبات طبیعی گیاه، از جمله کلروفیل، یکی از عوامل محدودکننده این فرآیند باشد.
چرا تنباکو و کاهو؟
تنباکو در این پروژه بیشتر بهعنوان یک گیاه مدل برای توسعه فناوری مهندسی کلروپلاست مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، وجود ترکیباتی مانند آلکالوئیدها در تنباکو باعث میشود استفاده مستقیم از آن بهعنوان منبع ماده اولیه غذایی با محدودیتهای ایمنی و فرآوری همراه باشد.
در مقابل، انتخاب کاهو اهمیت بیشتری برای کاربردهای غذایی بالقوه دارد. پژوهشگران میتوانند از این پلتفرم در آینده برای توسعه گیاهان خوراکی تولیدکننده پروتئینها یا ترکیبات زیستی ارزشمند استفاده کنند.
فرصتی برای نسل جدید پروتئینهای جایگزین
یکی از کاربردهای بالقوه این فناوری، استفاده از میوگلوبین گیاهی در محصولات پروتئینی جایگزین است. تولید این پروتئین در گیاهان میتواند راهی مکمل در کنار روشهای تخمیر میکروبی برای تأمین ترکیباتی باشد که به بازسازی ویژگیهای حسی گوشت کمک میکنند.
این موضوع بهویژه برای صنعت پروتئینهای جایگزین اهمیت دارد؛ زیرا ایجاد رنگ، طعم و تجربه حسی نزدیکتر به گوشت واقعی همچنان یکی از چالشهای اصلی این محصولات محسوب میشود.
فراتر از صنعت غذا
کاربرد احتمالی این فناوری تنها به محصولات جایگزین گوشت محدود نمیشود. تولید ترکیبات حاوی هِم در گیاهان میتواند در آینده برای توسعه مواد غذایی غنیشده و بررسی راهکارهای جدید در حوزه تغذیه نیز مورد توجه قرار گیرد.
با این حال، استفاده از گیاهان مهندسیشده برای اهداف تغذیهای یا درمانی هنوز به تحقیقات بیشتری نیاز دارد و یافتههای فعلی را نمیتوان بهعنوان یک راهکار آماده برای درمان کمخونی یا سایر مشکلات سلامت در نظر گرفت.
مسیر پیش رو؛ از آزمایشگاه تا تولید صنعتی
اگرچه تولید میوگلوبین در گیاهان یک گام مهم در توسعه کشاورزی مولکولی محسوب میشود، این فناوری هنوز در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارد.
افزایش میزان تولید، بهبود اتصال پروتئین به هِم، کاهش هزینه استخراج و خالصسازی، بررسی ایمنی غذایی و توسعه فرآیندهای مقیاسپذیر، از جمله چالشهایی هستند که پیش از ورود این فناوری به کاربردهای صنعتی باید برطرف شوند.
در مجموع، این پژوهش نشان میدهد که گیاهان میتوانند فراتر از تأمین مواد غذایی سنتی، بهعنوان کارخانههای زیستی برای تولید پروتئینهای ارزشمند مورد استفاده قرار گیرند؛ رویکردی که میتواند در آینده فرصتهای تازهای برای صنعت پروتئینهای جایگزین و زیستفناوری غذایی ایجاد کند.
منبع خبر: این خبر بر اساس یافتههای یک پژوهش جدید درباره تولید پایدار میوگلوبین حیوانی در کلروپلاست گیاهان تهیه شده است.
منابع اصلی:
https://www.greenqueen.com.hk/myoglobin-heme-protein-plant-molecular-farming-tobacco-lettuce-meat-study/
https://www.imperial.ac.uk/news/articles/natural-sciences/life-sciences/2026/lettuce-and-tobacco-plants-engineered-to-produce-muscle-protein-for-meat-alternatives/.
