کشاورزی مولکولی: عوامل موثر در افزایش میزان سطح بیان پروتئین نوترکیب در گیاهان

سیستم‌های بیانی موجود برای تولید تجاری پروتئین‌های نوترکیب شامل باکتری‌ها، مخمرها، حشرات و کشت سلول‌های جانوری هستند. هر کدام از این سیستم‌ها دارای مزایای خاص خود می باشند اما در مجموع کاربردشان به دلایلی همچون مقیاس‌پذیری پایین، هزینه تولید بالا و ایمنی پایین محدود شده است. در سال‌های اخیر، استفاده از گیاهان به‌عنوان بیورآکتورها، زمینه تحقیقاتی جالبی را به‌وجود آورده و پیشرفت‌های به‌دست آمده، فرصت‌های مناسبی را فراهم نموده است. دلایل توجه چشمگیر نسبت به سیستم‌های بیانی گیاهی شامل هزینه تولید پایین، ایمنی بالای محصول و مقیاس‌پذیری بالا است. تاکنون، انواع مختلفی از محصولات نوترکیب در گیاهان تولید شده‌اند که عبارتند از واکسن‌ها، پروتئین‌های دارویی، آنزیم‌های صنعتی، مکمل‌های غذایی و پلیمرهای زیستی. تعداد زیادی از پروتئین‌های نوترکیب تولید شده در گیاهان به مرحله کارآزمایی بالینی رسیده و تعداد اندکی از این محصولات اخیراً وارد بازارهای تجاری شده‌اند. با تمام این تفاسیر، استفاده کارآمد از گیاهان به‌عنوان بیورآکتورها به امکان حصول سطوح بالایی از تولید پروتئین نوترکیب بستگی دارد به‌طوری که در طی چرخه زندگی گیاه تراریخته پایدار بوده و به نسل‌های بعد نیز انتقال یابد. چندین رویکرد جهت افزایش بیان پروتئین نوترکیب در گیاهان تراریخته توسعه یافته‌اند که عبارتند از افزایش رونویسی ویژه بافت، افزایش پایداری رونوشت، هدف‌گیری ویژه بافت، بهینه‌سازی ترجمه و افزایش پایداری و تجمع پروتئین نوترکیب درون اندامک‌های سلولی. این مقاله مروری، عوامل موثر در افزایش میزان سطح بیان پروتئین نوترکیب در سیستم‌های بیانی گیاهی مورد بررسی قرار می‌دهد.

molecular farming: factors affecting in increasing the expression level of recombinant protein in plants

currently, commercial systems for recombinant protein production rely on bacteria, yeasts, insects, and mammalian cell cultures. while each of these systems offers distinct advantages, their widespread application is often constrained by scalability challenges, high costs, and safety concerns. in recent years, plants have emerged as promising bioreactors for recombinant protein production, driven by their low production costs, enhanced product safety, and ease of scalability.plant-based systems have successfully produced a variety of recombinant products, including vaccine antigens, pharmaceutical proteins, industrial enzymes, nutritional supplements, and biopolymers. notably, several plant-derived recombinant proteins have advanced to late-stage clinical trials, and some have already been commercialized. however, the effective use of plants as bioreactors hinges on achieving high and stable protein accumulation levels throughout the plant’s life cycle and across subsequent generations. to address these challenges, various strategies have been developed to enhance protein expression in transgenic plants. these include tissue-specific transcription enhancement, increased transcript stability, tissue-specific protein targeting, translation optimization, and improved protein stability and subcellular accumulation. this review discusses the factors influencing recombinant protein expression in plant-based systems, highlighting recent advancements and strategies for improving yield and stability to realize the full potential of plants as scalable and cost-effective bioreactors.