دست‌ورزی بیوسنتز نشاسته و تولید بیوپلیمر در گیاهان (مقاله مروری)

نشاسته پلی ساکاریدی مرکب از واحدهای گلوکز است که از دو جزء آمیلوز و آمیلوپکتین تشکیل شده است. آمیلوز ترکیبی خطی از واحدهای گلوکز (41) alpha است، اما آمیلوپکتین نسبتاً دارای شاخه های (61) alpha فراوانی است. بسته به نوع گونه گیاهی و محل ساخت و ساز نشاسته، نسبت این دو جز متغیر است، اما به طور کلی در بیشتر گونه ها میزان آمیلوز در حدود 20 درصد است. اگرچه این پلی ساکارید مهم به همان شکلی که در گیاه تولید می شود دارای کاربردهای متعددی در صنایع غذایی، دارویی و ... است، اما استفاده از آن به همین شکل و بدون اعمال تیمار های فیزیکوشیمیایی با محدودیت های فراوانی مواجهه است و لذا چندان مناسب کاربردهای صنعتی نمی باشد. درست به همین دلیل و برای تولید نشاسته هایی با خصوصیات مطلوبی چون حداقل پس رفت (retrogradation) و پایداری در چرخه های متعدد ذوب و انجماد مجدد (freezthaw stability)، در نهایت نسبت به تیمار نشاسته با مواد شیمیایی اقدام می شود. صرف نظر از هزینه بر بودن چنین تیمارهایی در صنعت، نگرانی در مورد سلامت بشر و آلودگی محیط زیست را می توان از مضرات دیگر این روش ها برشمرد. دست ورزی در سطح آنزیم های دخیل در بیوسنتز نشاسته امکان اصلاح کیفیت نشاسته تولیدی در گیاهانی مانند سیب زمینی، کاساوا، ذرت، گندم، برنج و ... را فراهم آورده است. به منظور تغییر در خصوصیات فیزیکوشیمیایی نشاسته به کمک راهکارهای مهندسی ژنتیک، از آنزیم های جالب توجهی از منابع میکروبی متعددی استفاده می شود تا در جریان بیوسنتز نشاسته، بتوانند تغییرات مورد نظر را در داخل آمیلوپلاست اعمال کنند. خاموش سازی ژن های درگیر در بیوسنتز نشاسته و یا افزایش بیان آن ها، منجر به تولید نشاسته هایی با خصوصیات فیزیکو شیمیایی متفاوت شده است. همچنین تولید بیوپلیمرهای که واحدهای سازنده ی آن ها به غیراز (41) alpha و (61) alpha به صورت پیوندهای (3،61) alpha و (4،61) alpha و یا ترکیبی از این ها به هم متصل شده باشند، به دلیل اهمیت این بیوپلیمرها در صنعت، در حال حاضر از جمله زمینه های تحقیقاتی مهم امروزی است.

Manipulation of Starch Biosynthasis and In Planta Biopolymer Production (Review Article)

Starch, a complex carbohydrate, is a polymer of glucose residues. It occurs in two main forms: amylose, consisting of predominantly linear chains of glucose units linked by alpha;(14) glycosidic bonds, and amylopectin, in which the chains are highly branched by the addition of alpha;(16) glycosidic bonds. Depending upon the plant species and the site of storage, the proportion between these two components varies. In most plant species, amylose comprises about 20% of the starch and the rest is amylopectin. Although in its native form it has some applications in food and nonfood industries, the properties of currently available starches (native starch) do not comply with most industrial standard and enhanced commercial applications. To obtain starches with particular properties such as starches with lower retrogradation and more freezethaw stability, starch is often chemically modified. Manipulation of the starch structure with chemical reactions or additives will eventually impart certain properties which are desired for industrial uses. Techniques including crosslinking (to strengthen against shear) or acetylation (to reduce the retrogradation) are the most common starch modifications. The use of chemicals, however, may not only cause concern over health and safety, but there is also a cost involved with the chemical modification. Knocking out/ over expression of genes involved in starch biosynthesis, has resulted to alteration of starch physicchemical properties. Production of biopolymers consisting of glucose residues linked by alpha;(13) and alpha;(16) or an alternatives [( alpha;(13,6), alpha;(14,6)] of these linkages, are among hot topics in polysaccharides research fields.