گیاه پروانش

گیاه پروانش، Catharanthus roseus، از شناخته شده‌ترین گونه‌های خانواده Apocynaceae است که نقش درخور توجهی در درمان بیماری‌های مختلف و طب سنتی از 2600 سال پیش از میلاد تا به امروز داشته است. گیاه پروانش همچنین به عنوان گیاه زینتی محبوب در مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری در سراسر جهان یافت می‌شود و با نام Madagascan periwinkle یا tropical periwinkle شناخته شده است.

 اسامی دیگری که برای گونه C. roseuse استفاده می شود شامل Vinca rosea، Ammocallis rosea و Lochnera rosea است. این گیاه در زبان انگلیسی به نام‌های Cape Periwinkle، Rose Periwinkle، Rosy Periwinkle و Old Maid نیز معروف است. ویژگی‌های درمانی گیاه پروانش در اواسط دهه 1950 به ترکیبات ترپنوئید ایندول آلکالوئیدی(TIA) تولید شده توسط این گیاه نسبت داده شده است. بیش از 130 ترکیب ترپنوئید ایندول آلکالوئیدی از گیاه پروانش به دست آمده است.

 وجود چنین طیف گسترده‌ای از ترکیبات پیچیده نیتروژن‌دار با پایه آلکالوئیدی از ویژگی‌های منحصر به فرد گیاه پروانش است که در هیچ گونه گیاهی دیگری مشاهده نشده است. ترپنوئید ایندول آلکالوئید‌ها با وجود تنوع ساختاری گسترده و درخور توجه، تنها در تعداد محدودی از گونه‌های گیاهی متعلق به تیره‌های Apocynaceae (Alstonia، Aspidosperma، Rauwolfia و Catharanthus) Loganiaceae (Corynanthe)، Rubiaceae (Strychnos) و Nyssaceae (Camptotheca) یافت می‌شوند.

https://khosheparvar.ir/

 مهم‌ترین ترکیبات دارویی گیاه پروانش وین‌بلاستین، وین‌کریستین، آجمالیسین و سرپنتین هستند که به ترتیب در شیمی‌درمانی برای درمان سرطان غدد لنفاوی، سرطان خون و سرطان سینه، درمان فشار خون بالا و سایر بیماری‌های قلبی-عروقی و آرام‌بخش مصرف می‌شوند. در طول 40 سال گذشته وین‌بلاستین و وین‌کریستین به علت عملکرد منحصر به فرد در جلوگیری از رشد سلول‌های سرطانی و اثربخشی ویژه در شیمی درمانی برای درمان بیماران سرطانی مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

 علی‌رغم تقاضای بالا برای ترکیبات ضد سرطان گیاه پروانش، جداسازی و تخلیص آنها به علت حضور آلکالوئید‌های متنوع و سنتز بسیار کم وین‌کریستین و وین‌بلاستین در این گیاه، بسیار پر هزینه است. تلاش‌های درخور توجه‌ای  برای افزایش تولید این آلکالوئید‌ها در مقیاس وسیع از طریق سنتز شیمیایی و یا در شرایط درشیشه از طریق کشت سلولی یا سلول‌های باکتریایی انجام شده است.

دست‌ورزی محیط‎های کشت درون شیشه‌ای اندام و بافت با استفاده از محرک‌های زیستی و غیر‌زیستی یکی از راهکارهای مهم جهت القای متابولیسم ثانویه و افزایش تولید متابولیت‎های ارزشمند است. علاوه بر کاربرد محرک‌ها، بررسی عوامل تأثیرگذار مختلف بر کشت بافت و اندام در شرایط در شیشه نیز می‌تواند گام مؤثری در رشد سلول و ایجاد روندی مطلوب برای تولید ترکیبات مؤثره از سلول‌های گیاهی باشد.

شکل 1-1 اجزا مختلف گیاه پروانش. الف و ب) گل؛ پ) میوه؛ ت) بذر؛ ث) دیاگرام گل.

صفات ریخت‌شناختی گیاه پروانش

گیاه پروانش گیاهی همیشه سبز پایا یا یک ساله است که به صورت نیمه درختچه‌ای (semishrub) یا علفی رشد می‌کند. ارتفاع آن تا بیش از یک متر می‌رسد و ریشه‌های آن تا عمق 70 سانتی‌متر گسترش می‌یابد. برگ‌ها به شکل بیضی تا مستطیل شکل با طول 5/2 تا 9 سانتی‌متر و عرض 1 تا 5/3 سانتی‌متر هستند.

 برگ‌های سبز براق در بالا و برگ‌های سبز کم‌رنگ در پایین قرار دارند. رگبرگ‌ها به رنگ روشن هستند که به صورت opposite جهت‌گیری کرده‌اند. دمبرگ سبز یا قرمز و طول آن به 1تا 8/1 سانتی‌متر می‌رسد. گل‌آذین خوشه‌ای است. گلبرگ‌ها پنج‌تایی، اکتینومورف، به رنگ‌های صورتی، بنفش، آبی، سفید، قرمز، زرد کم‌رنگ و … است. جام گل استوانه‌ای شکل است، 2 تا 3 سانتی‌متر طول دارد و از لوب شبه گلبرگ تشکیل شده است. پرچم‌ها 4/0 تا 6/0 سانتی‌متر زیر دهانه جام گل قرار گرفته‌اند و از رشته‌های بسیار کوتاه سفید رنگ و نخ‌مانند تشکیل شده‌اند.

بساک‌ها نیز نیمه چسبیده subsessile هستند. طول مادگی 17 تا 26 میلی‌متر است و از دو برچه باریک و طویل تشکیل شده است و شامل یک کلاله بدون کرک، خامه، تخمدان و دو تخمک است. هر میوه از دو برگه آزاد و باریک استوانه‌ای شکل تشکیل شده است که 2 تا 5/4 سانتی‌متر طول و 3 میلی‌متر عرض دارد و به 10 تا 20 خانه مستعطیلی تقسیم شده است. دانه‌ها بسیار ریز هستند و 2تا 3 میلی‌متر طول دارند. این دانه‌ها از لپه‌های سیاه و صاف که اندوسپرم کمی دارند، تشکیل شده‌اند. در شکل 1-1 اجزا مختلف گیاه پروانش نشان داده شده است.

رقم روزآ (Rosea) با گل‌های صورتی و رقم آلبا (Alba) با گل‌های سفید از ارقام رایج گیاه پروانش هستند که بر اساس رنگ گل نام‌گذاری شده‌اند. پژوهش‌های مختلف نشان داده است که رقم روزآ نسبت به رقم آلبا از محتوای آلکالوئیدی بیشتری در برگ و ریشه برخوردار است و همچنین فعالیت آنتی‌اکسیدانی بالاتری دارد.

گسترش جغرافیایی و بوم‌شناسی گیاه پروانش

گیاه پروانش بومی جزیره بزرگ ماداگاسکار در غرب اقیانوس هند در نزدیک آفریقا است. با وجود این، در حال حاضر به عنوان گیاه زینتی شناخته شده در مناطق گرم‌سیری و نیمه گرم‌سیری در سراسر جهان کشت می‌شود. کشت گیاه پروانش در اروپا در اوایل قرن نوزدهم، زمانی که بذرهای این گیاه از ماداگاسکار به باغ سلطنتی در پاریس فرستاده شد، آغاز شد و پس از آن بذر گیاهان کشت شده در باغ سلطنتی پاریس جمع‌آوری و به باغ گیاه شناسی Chelsea Physic Garden در لندن منتقل شد. گسترش گیاه پروانش به مناطق گرم‌سیری و نیمه گرم‌سیری از طریق باغ‌های گیاه‌شناسی در اروپا صورت پذیرفت.

 در نیمه دوم قرن نوزدهم، بذرهای گیاه پروانش به صورت تجاری در دسترس قرار گرفت. در دهه 1960، نخستین ارقام گیاه پروانش که شامل Little Blanche، Little Bright Eye، Little Delicata و Little Pinkie بود، ارایه شد. در دهه 1980، افزایش تقاضا برای کاشت گیاه پروانش به عنوان یک گونه زینتی توجه پژوهشگران را به اصلاح‌نژاد این گیاه به منظور تولید گل‌های بزرگ‌تر با رنگ گلبرگ‌های متنوع‌تر معطوف کرد. در حال حاضر بیش از 100 رقم از گیاه پروانش در بازار موجود است.

 علاوه بر ویژگی منحصر به فرد گیاه پروانش به عنوان یک گونه زینتی، ویژگی‌های دارویی این گیاه نیز به گسترش آن در سراسر جهان کمک کرد. در حال حاضر، این گیاه به طور گسترده‌ای به صورت تجاری در اسپانیا، ایالات متحده، چین، آفریقا، استرالیا، هند و جنوب اروپا برای استفاده‌های پزشکی کشت می‌شود. داروهای مشتق شده از این گیاه در بازارهای عمده ایالات متحده آمریکا، مجارستان، غرب آلمان، ایتالیا، هلند و بریتانیا وجود دارند.

گیاه پروانش می‌تواند در زیستگاه‌های مختلف به ویژه در خاک‌های شنی، چمنزارها، تپه‌های شنی در ساواناها و سواحل رشد کند. این گیاه اسیدیته 5/5 تا 5/6 خاک را ترجیح می‌دهد و می‌تواند شوری تا 2000 پی پی ام را تحمل کند و بسیار مقاوم به گرما و خشکسالی است. گیاه پروانش در مناطق گرم‌سیری در طول سال می‌تواند گل و میوه ‌دهد. این گیاه نمی‌تواند آبیاری بیش از حد و خاک مرطوب را تحمل کند. در شرایط نامساعد آب و هوایی و یا در خاک‌هایی که زهکشی ضعیفی دارند رنگ برگ گیاه زرد-سبز می‌شود و آبیاری بیش از حد می‌تواند به بیماری‌های باکتریایی و پوسیدگی قارچی در ساقه و ریشه منجر شود. به منظور کشت گیاه پروانش در مقیاس وسیع از خاک شنی-لومنی غنی از هوموس یا تیمار شده با کود حیوانی و با هوادهی بالا استفاده می‌شود.

 کاربردهای دارویی گیاه پروانش

گیاه پروانش تاریخچه طولانی در درمان طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها در سراسر جهان دارد. ویژگی‌‌های درمانی این گیاه در طول تاریخ آزمایش شده و مورد پذیرش عموم قرار گرفته است. عصاره گیاه پروانش به طور کلی در طب سنتی برای درمان دیابت، مالاریا، تب دانگ، اسهال خونی، گزش حشرات، عفونت پوست، اسهال، سرطان خون، سوزش چشم، سوء هاضمه، گلو درد، دندان درد استفاده می‌شود. ریشه‌های این گیاه دارای خواص آرام‌بخش و نیروبخش هستند و در کاهش فشار خون نقش دارند. در طب سنتی کشورهای مختلف از گیاه پروانش استفاده‌های متفاوتی می‌شود که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• هند: از عصاره برگ‌ها برای درمان نیش زنبور استفاده می‌شود.
• فیلیپین: از جوشانده برگ برای دیابت استفاده می‌شود و برگ‌های جوان برای گرفتگی عضلات شکم کاربرد دارند. از جوشانده ریشه برای درمان انگل‌‌های روده استفاده می‌شود. عصار ریشه در درمان اسهال خونی نیز کاربرد دارد.
• ماداگاسکار: برگ‌های تلخ و قابض گیاه پروانش به عنوان عاملی برای ایجاد تهوع شناخته می‌شوند. ریشه این گیاه در ماداگاسکار به عنوان مسهل، داروی ضد کرم، عامل انعقاد خون و در درمان دندان‌درد کاربرد دارد.
• جزایر موریس: از عصاره برگ‌ها برای سوء هاضمه استفاده می‌شود.
• نیجریه: گیاه پروانش برای درمان دیابت کاربرد دارد.
• کوبا و جامائیکا: از عصاره گل گیاه پروانش برای شستشوی چشم نوزادان استفاده می‌شود.
• باهاماس: از عصاره گل برای درمان آسم، سل و نفخ شکم استفاده می‌شود.
• مالزی: از این گیاه برای درمان دیابت، فشار خون بالا، بی‌خوابی و سرطان استفاده می‌شود.
• آمریکا: به منظور تسکین زخم، بیماری‌های قفسه سینه و التهاب حنجره از گیاه پروانش استفاده می‌شود.
• آفریقا: برگ‌های این گیاه در درمان قاعدگی شدید و رماتیسم کاربرد دارد.

ویژگی‌های دارویی گیاه پروانش به برخی از متابولیت‌های ثانویه این گیاه که به گروه آلکالوئیدها تعلق دارند مربوط می‌شود. گیاه پروانش طیف وسیعی از ترکیبات ترپنوئید ایندول آلکالوئیدی را تولید می‌کند که برخی از آنها از لحاظ فارماکولوژیک اهمیّت دارند. وین‌کریستین، وین‌بلاستین، ویندولین، وین‌کامین، آجمالایسین و سرپنتین از جمله ‌ترکیبات مؤثره گیاه پروانش هستند که به ترتیب در شیمی‌درمانی برای درمان تومورهای سرطانی، محافظت از مخاط معده در برابر زخم معده، حفاظت از سیستم عصبی، درمان فشار خون بالا، بیماری‌های قلبی-عروقی و آرام‌بخش مصرف می‌شوند.

کاربرد راهبردهای مؤثر به منظور بهبود تولید TIA در گیاه پروانش

گیاه پروانش تنها منبع تولید ترکیبات ضد سرطان وین‌بلاستین و وین‌کریستن در طبیعت است. محتوای این ترکیبات در بافت‌های گیاهی بسیار محدود است. تقریباً 500 کیلوگرم برگ خشک گیاه برای تخلیص تنها یک گرم وین‌بلاستین لازم است که این مقدار تنها برای درمان یک کودک مبتلا به لوسمی به مدت 6 هفته کفایت می‌کند. جداسازی و تخلیص ترکیبات ضد سرطان گیاه پروانش به علت پیچیدگی و چند مرحله‌ای بودن مسیر سنتز آنها، محتوای سنتز بسیار کم و همچنین حضور آلکالوئید‌های متنوع دیگردر گیاه بسیار پر هزینه است.

 داروهای نیمه-سنتزی نیز نسبت به انواع طبیعی از اثربخشی کمتری برخوردار هستند و تولید آنها در مقیاس صنعتی به علت پیچیدگی ساختاری و هزینه بالا مقرون به صرفه نیست. لذا با توجه به تقاضای بالا برای این ترکیبات دارویی، پژوهشگران به دنبال منابع جایگزین و راهبردهای مختلف به منظور تولید ترکیبات TIA در مقادیر بالا در گیاه پروانش هستند. تلاش‌های بسیاری در چند دهه اخیر برای افزایش میزان تولید ترکیبات مؤثره گیاه پروانش در شرایط in vitro صورت گرفته است.

 بهینه‌سازی شرایط کشت، اضافه کردن تنظیم کننده‌های رشد، کاربرد پیش‌سازهای متابولیت‌های ثانویه، کاربرد روش‌های ترانسفورماسیون و بیش‌بیانی ژن‌های تنظیمی و ژن‌های کد کننده آنزیم‌های کلیدی مسیر بیوسنتزی در شرایط کشت درون شیشه‌ای اندام و بافت، کشت کالوس و کشت سلول گیاهی از جمله راهبردهای رایجی هستند که به منظور افزایش میزان تولید متابولیت‌های ثانویه در گیاهان استفاده می‌شوند.

 پژوهش‌های اخیر همچنین نشان داده‌اند که میزان سنتز و تجمع ترکیبات دارویی در پاسخ به محرک‌های محیطی در گیاهان افزایش می‌یابد. بنابراین، تحریک می‌تواند به عنوان یکی از راهبردهای مؤثر برای تولید ترکیبات زیست-فعال که در سیستم‌های کشت گیاهی تولید می‌شوند، در نظرگرفته شود.

حفاظت در برابر محرک‌های محیطی، اصلی‌ترین نقش متابولیت‌های ثانویه در گیاهان است، لذا بیوسنتز آنها اغلب در مواجه با محرک‌های زیستی و غیرزیستی مانند پرتوهای UV، فلزات سنگین، هورمون‌های گیاهی، ایجاد زخم، حمله پاتوژن‌ها و گیاه‌خواران القا می‌شود.

علاوه بر کاربرد محرک‌ها، استفاده از روش‌های زیست‌فناوری کشت بافت و اندام در شرایط در‌شیشه نیز می‌تواند راهکاری مناسب برای افزایش محتوای ترکیبات مؤثره گیاه باشد. تولید متابولیت‌های ثانویه از جمله ترکیبات دارویی گیاه پروانش در کشت درشیشه نسبت به استخراج این ترکیبات از گیاه کامل و دست‌نخورده مزایایی دارد که از آن جمله می‌توان به وجود منبعی ثابت و پایدار، فراهم بودن محیط عاری از عوامل بیماری‌زا و تغییرات شرایط آب و هوایی در شرایط درون‌ شیشه‌ای و رشد مقادیر بالایی از بافت گیاهی در یک فضای محدود اشاره کرد. به منظور توسعه روندی مطلوب برای تولید متابولیت‌های ثانویه از سلول‌های گیاهی در شرایط کشت بافت، بررسی عوامل مختلف که بر این شرایط تأثیر می‌گذارند نیاز است.