<br />

<br />

فصل اول

مقدمه و کلیات

بخش اول : مقدمه
مخمرها در سطح زمین انتشار جغرافیایی وسیعی دارند. این سلول¬ها شیمیوارگانوتروف بوده و می¬توانند از منابع کربنی مختلف استفاده کنند. بنابراین انتخاب ماده غذایی، تنوع گونه¬ای مخمر¬ها را در زیستگاه¬های خاص مشخص می¬کند. این موجودات از نظر اقتصادی، اجتماعی و بهداشتی دارای اهمیت زیادی در تمدن بشر هستند. از نظر مورفولوژیکی بر اساس اندازه، شکل سلول، مکانیسم تشکیل سلول دختر، رنگ و قوام کلنی¬ها و تولید یا عدم تولید کپسول طبقه بندی می¬شوند.
اهمیت صنعتی مخمرها در تولید متابولیت¬های اولیه و ثانویه بسیار ارزشمند مانند آنزیم¬ها، واکسن¬ها و بعضی از داروهای نوترکیب از یک طرف و نقش آن¬ها در روشن شدن مکانیسم¬های پایه ای مولکولی بسیاری از بیماری¬ها و ناهنجاری¬ها در حوزه¬ی زیست پزشکی، آنها را از سطح یک میکروارگانیسم تک سلولی فراتر برده و به یک حامی بشر تبدیل کرده است؛ از طرف دیگر در حوزه¬ی پزشکی، پیشرفت قابل ملاحظه¬ای در تولید پروتئین¬های درمانی انسانی به وسیله ی مخمرهای مهندسی ژنتیکی شده صورت گرفته است (واکر، 1391).
کاربرد این دسته از تک¬سلولی¬ها در صنایع تبدیلی، صنایع غذایی و بیوتکنولوژی نیز سابقه طولانی دارد. از نوعی مخمر (شبیه کاندیدا) با نام علمی Kluyveromyces sp. در تغذیه انواع مختلفی از موجودات آبزی استفاده شده است (Lavens et al, 1987; Lavens & Sorgeloos, 1991). این تک سلولی¬ها عموماً از محیط¬های طبیعی و یا فلور گیاهان و جانوران تهیه شده و پس از شناسایی بصورت انبوه کشت داده می-شوند. ترکیبات محیط کشت که برای کشت میکروارگانسیم¬ها استفاده می¬شوند، به طور مستقیم فنوتیپ فیزیولوژیکی و فرآیند تخمیر را که سبب آنالیز وکارایی سویه در کاربردهای صنعتی میکروارگانسیم¬ها می شود را مشخص می¬کنند. به همین دلیل توسعه¬ی موفقیت آمیز سویه¬ها برای کشت در مقیاس وسیع به منظور تولید پروتئین¬¬های هترولوگوس و سوخت¬های کم ارزش، مواد شیمیایی و موادی که شایسته¬ی ساخت محیط¬های کشت در مراحل مختلف توسعه¬ی سویه¬ها را دارند، مورد مطالعه قرار گرفته اند (et al, 2005 Macauley-Patrick؛ Porro&Mattanovich, 2004).
امتیازات ویژه مخمرها شامل قابلیت تولیدآسان، سریع، مقاومت بالا به طیف وسیعی از مواد مختلف و عمل¬آوری این موجودات موجب شده است که کاربرد فراوانی در صنعت آبزی پروری داشته باشند. بی شک تامین منابع غذایی مناسب و ارزان قیمت یکی از جنبه¬های مهم در پرورش آبزیان به شمار می¬رود که در این میان مخمرها¬ی تک سلولی با دارا بودن سایز مناسب (کمتر¬از¬20 میکرون) و همچنین ترکیب‌ و ارزش‌ غذایی‌ مناسب کاربرد روز افزونی در پرورش آبزیان خصوصاً زئو پلانکتون¬های پرورشی دارند (;Bowen et al, 1985 ; Bowen , 1962 Bond , 1937 ؛ Weisz , 1946). با توجه به اسناد، استفاده از مخمرها بعنوان یکی از غذاهای پذیرفته شده برای پرورش آزمایشگاهی آرتمیا مطرح می¬باشد. محصولات مخمری همچنین به عنوان یک منبع پروتئینی در رژیم غذایی برای تو¬لید میگو آب شور استفاده می¬شوند (Talloen , 1978; James&Makkeya, 1981).
پرورش آبزیان بخصوص ماهی قزل¬آلای رنگین کمان، به عنوان یکی از ماهیان با ارزش شیلاتی، جنبه اقتصادی بسیار مهمی در اقتصاد آبزی پروری دنیا دارد (WWW.FAO.ORG). در پرورش این خانواده از آبزیان تامین نیازهای غذایی مناسب و بررسی شرایط ویژه رشد و بیماریها و آلودگی¬های آنان از جمله مسائل پر¬اهمیت تحقیقاتی می¬باشد. استفاده از مخمرها در صنعت پرورش دام، طیور و آبزیان از زمانی بیشتر مورد توجه قرار گرفت که مشخص شد این دسته از تک سلولی¬ها می¬توانند به عنوان فلور موقت و یا ثابت موجودات مختلف مطرح باشند. لذا بررسی، شناسایی و درک اهمیت و کاربرد این دسته از تک سلولی¬ها از درجه اعتبار و اهمیت زیادی برخوردار می¬باشد.
1-2 بخش دوم: مخمر
1-2-1 معرفی
مخمرها دسته ای از یوکاریوت¬های تک سولی هستند که در فرمانرو قارچ¬ها شناخته می¬شوند. به صورت دقیق تر مخمرها، قارچ های آسکومیست یا بازیدیومیست هستند که به صورت رویشی از طریق جوانه زدن یا تقسیم تکثیر می¬شوند (واکر، 1391) (شکل 1-1).

شکل 1- 1 سلول های مخمری (idv.sinica.edu.tw)
1-2-2 طبقه بندی
مخمرها بر اساس خصوصیاتی نظیر: اندازه، شکل سلول، مکانیسم تشکیل سلول دختر، رنگ و قوام کلنی¬ها و تولید یا عدم تولید کپسول طبقه بندی می¬شوند (دیبا، 1390).
1-2-3 موقعیت
مخمرها در سطح کره زمین پخش شده اند، آنها در سطح موادی که حاوی قند می¬باشند از جمله شهد گلها، روی میوه¬ها، خاک، آبهای دریایی وشیرین، شیر، ترشحات حیوانات، سبزیجات، گیاهان، حشرات و دستگاه¬گوارشی پستانداران وجود دارند (Phaff&Starmer, 1987 ;Hagler&Ahearn, 1987).
علاوه بر میزبان¬های طبیعی، بعضی از مخمرها در مکان¬های ساخته شده به دست انسان یافت می-شوند. برای مثال در بیمارستان¬ها مخمرهای بیماری¬زا فرصت طلب مثل کاندیدا آلبیکنس می¬توانند رشد کنند. کاندیدا آلبیکنس عامل 80 درصد از عفونت¬های قارچی بیمارستانی است (Spencer& Spencer, 1997). بسیاری از مخمرها همچنین عامل فساد مواد غذایی هستند (واکر، 1391).
1-2-4 علت توانایی رشد مخمرها در زیستگاه های مختلف
سلول¬های مخمر فاقد کلروفیل هستند و مطلقاً شیمیوارگانوتروف بوده یعنی برای رشد به اشکال آلی و تثبیت شده کربن نیاز دارند. منابع کربن برای متابولیسم مخمر کاملاً متنوع بوده و شامل قندهای ساده، اسیدهای آلی و چرب، الکل¬های آلیفاتیک، هیدروکربن ها و … می¬باشند. مخمرهای مختلف می¬توانند از منابع کربنی مختلف استفاده کنند. بنابراین انتخاب ماده غذایی، تنوع گونه¬های مخمر¬ها را در زیستگاه¬های خاص مشخص می¬کند (واکر، 1391).
1-2-5 مورفولوژی کلنی مخمر
شکل کلنی سلول¬های مخمر متغیر بوده و بعضی از آنها بیضی شکل، کروی، چند ضلعی وگاهی به هم چسبیده می¬باشند (چلیپیان و مجد، 1387) (شکل 1-2).

شکل 1- 2 تنوع مورفولوژیکی کلنی مخمرها (واکر، 1391 ؛ ظهوریان، 1389).

1-2-6 اندازه سلول مخمر
اندازه¬ی سلول¬های مخمر بسیار متغییر می¬باشد. طول گونه¬های مخمر می¬تواند از 2- 3 میکرومتر تا 20- 50 میکرومتر متفاوت باشد (Phaff et al, 1978). میانگین اندازه¬¬ی سلول¬های مخمری 2.5 تا 6 میکرومتر است (دیبا، 1390). به طور کلی مخمرها بزرگتر از باکتری¬ها هستند و قطر آنها بین 1 تا 5 میکرون و طول آن ممکن است بین 5 تا 30 میکرون باشد (چلیپیان و مجد، 1387). اندازه¬ی قطر بزرگ ساکارومایسس سروزیه حداکثر 5 تا10 میکرومتر و قطر کوچک آن 1 تا 7 میکرومتر است شایان ذکر است که میانگین اندازه¬ی سلول ساکارومایسس سروزیه با بالا رفتن سن افزایش می¬یابد (واکر، 1391).

1-2-7 اهمیت مخمرها برای بشر
مخمرها از نظر اقتصادی، اجتماعی و بهداشتی دارای اهمیت زیادی در تمدن بشر هستند. آن¬ها اغلب به عنوان قدیمی¬ترین ارگانیسم¬های اهلی شده برای ورآمدن خمیر نان (در مصر) از 6000 تا 2000 سال قبل از میلاد مسیح استفاده می¬شده¬اند. در حقیقت تولید الکل اولین فعالیت بیوتکنولوژیکی در جهان است (واکر، 1391؛Spencer&Spencer, 1990 ).

1-2-7-1 کاربرد مخمرها در صنایع غذایی
مخمرها هر روز برای تهیه مواد غذایی در منزل میلیون¬ها خانواده در سراسر جهان مورد استفاده قرار می¬گیرند (Hesseltine , 1974). در حال حاضر مخمرها بیشتر در تغذیه جانوران به کار می¬روند تا غذای انسان، برای مثال گونه marxianus Kluyveromyc جهت تخمیر ضایعات آب پنیر حاصل از ساخت پنیر به کار می¬رود و به تولید پروتئین تک سلولی برای تغذیه جانوران و همچنین برخی الکل¬ها، ضمن تقلیل آلودگی که به وسیله آب پنیر تولید می¬شود می¬انجامد.
ارزش غذایی مخمرها در وجود مقدار قابل توجه اسیدهای آمینه، ازت، فسفر، پروتئین ها و ویتامین های C، P، K ،E ، D، B2و B1 در آنها می¬باشد. از این رو در بسیاری از ممالک از جمله آلمان در سال، چندین هزار تن مخمر خشک یا مرطوب تهیه می¬نمایند. مخمر بخصوص در ایام جنگ جهانی دوم که سربازان در نقاط دوردست از مرکز حضور داشتند و ارسال گوشت و سبزیجات بدانجا مقدور نبود، به شکل پروتئین میکروبی (SCP) در جیره غذایی بکار می¬رفتند (دیبا، 1390).
از طرفی کاربرد پروتئین تک سلولی (SCP) حاصل از مخمرها به عنوان چاشنی و افزودنی¬های قابل دسترسی آرد ماهی استفاده می¬شود (Harrison , 1993). نظر به اینکه این قارچ¬ها قادرند مواد هیدرات کربن را تخمیر کنند بنابراین نام ساکارومایست یا قارچ¬های قندی به آنها داده شده است. در اثر تخمیر قندها، آنها به الکل و گاز کربنیک تبدیل می¬شوند که در صنایع غذایی مورد توجه هستند. مزه¬ی مخمر تلخ و نامطبوع است و بهتر است آن را همراه آبمیوه یا شیرینی مصرف کرد (دیبا، 1390).
1-2-7-2 استفاده صنعتی از مخمرها
در جهان مدرن امروز، مخمرهای دستکاری شده¬ی ژنتیکی با هدف تولید بسیاری از عوامل مختلف دارویی برای پیشگیری و درمان بیماری¬های انسان مورد استفاده قرار می¬گیرند (واکر، 1391).
در آینده احتمالاً مخمرها اثر قابل ملاحظه¬ای بر تجدید انرژی، بیوتکنولوژی محیطی مانند کنترل بیولوژیکی و حفظ سلامت به ویژه مطالعه نارسایی¬های ژنتیکی انسان و سرطان خواهند داشت.
در خصوص انرژی، متابولیسم مخمر می¬تواند سوخت اتانولی را از مواد خام تخمیری کربوهیدراتی تجدید پذیر، تولید کند (واکر، 1391). استفاده از مخمر برای تولید اتانول زیستی به عنوان یک منبع تجدید پذیر امید بزرگی را برای بقاء تمدن بر روی این کره خاکی به وجود آورده است (Horecker , 1978).
اهمیت صنعتی مخمرها به عنوان ماشین¬های تولیدی متابولیت¬های اولیه و ثانویه بسیار ارزشمند مانند آنزیم¬ها، واکسن¬ها و بعضی از داروهای نوترکیب از یک طرف و نقش آن¬ها در روشن شدن مکانیسم¬های پایه¬ای مولکولی بسیاری از بیماری¬ها و ناهنجاری¬ها در حوزه¬ی زیست پزشکی از طرف دیگر، مخمرها را از سطح یک میکروارگانیسم تک¬سلولی فراتر برده و به یک حامی بشر تبدیل کرده است (واکر، 1391).

1-2-7-3 پروتئین های درمانی
از زمان اولین پروتئین درمانی تجاری شده مخمر (واکسن هپاتیت B) چندین محصول دیگر برای استفاده کلینیکی (به عنوان مثال لوکین GM – CSF برای پیوند مغز استخوان، انسولین انسانی برای درمان دیابت) از سازمان¬های نظارتی (به عنوان مثال اداره نظارت بر غذا و داروی آمریکا) پروانه دولتی دریافت کرده اند و تعداد زیادی در مرحله آزمون کلینیکی و یا مرحله تحقیق هستند. آخرین مورد تحقیق روی تولید واکسن درمانی HIV توسط یک شرکت بیوتکنولوژی در انگلستان است (واکر، 1391).
این خصوصیت با کلون کردن تعدادی ژن¬های درمانی درون ژنوم مخمرهایی مثل Saccharomyces cerevisiae، Pichia pastoris و hansenula polymorpha ایجاد می¬شود که باعث تولید روز افزون پروتئین¬های درمانی انسان به طور صنعتی شده است. این تلاش¬های گروهی مخمر به ابداع روش¬های جدید در پیش¬گیری و درمان تعدادی از بیماری¬های انسانی شده است.
بنابراین مخمرها به طور روز افزون تبدیل به ارگانیسم¬های میزبان پرطرفدار در تولید مواد دارویی نوترکیب شده¬اند. برای افزایش و حفظ این محبوبیت شناخت مخمرها و خصوصیات ژنومی و مولکولی اهمیت بسیاری دارد (واکر، 1391).
علاوه بر استفاده¬های عملی در تهیه عوامل درمانی انسان، سلول¬های مخمر به عنوان مدل¬های تجربی در تحقیقات زیست پزشکی بسیار ارزشمند هستند. این تحقیقات زیست پزشکی شامل: سرطان شناسی، داروسازی، سم شناسی و ژنتیک انسانی است. دو نوع مخمر که به طور قابل توجه در این زمینه به کار می-روند: Saccharomyces cerevisiae و Schizosaccharomyces pombe هستند. این ارگانیسم¬ها از جمله شناخته شده¬ترین تک سلولی¬های یوکاریوتی هستند که ژنوم آن¬ها تعیین توالی شده است (واکر، 1391).
1-2-8 نقش مخمرها در سلامت و بیماری زایی انسان
استفاده از مخمرها در پزشکی درمانی فقط به دانش فنی DNA¬ی نوترکیب مربوط نمی¬شود. برای مثال، از زمان¬های اولیه مخمرها برای کنترل بیولوژکی عفونت¬های باکتریایی انسان استفاده می¬شده¬اند.
پیشرفت¬های هیجان¬انگیز دیگر به آنالیز عملکردی ژنوم مخمر بر می¬گردد و چنین آنالیزی ممکن است بینش وسیعی در شناخت ساختمان و عملکرد ژنوم انسانی فراهم کند (واکر، 1391).
تعدادی از فعالیتهای مخمرها برای انسان زیان¬بخش هستند؛ به عنوان مثال اثر پاتوژنیک برخی مخمرها بر انسان (مثل عفونت¬های قارچی بیمارستانی توسط کاندیدا آلبیکنس)، فساد و افت کیفیت مواد غذایی (به ویژه غذاهایی با گلوکز زیاد و محصولات لبنی) توسط مخمرها؛ البته باید این نکته را مد نظر قرار داد که مخمرها عامل مسمومیت غذایی نیستند، بلکه برخی افراد در مقابل رژیم¬های غذایی آلوده به مخمرها واکنش¬های ازدیاد حساسیت را بروز می¬دهند. به عنوان مثال در بیمارانی که از بیماری کرون رنج می¬برند، پاسخ آنتی بادی در برابر سویه¬های نانوایی ساکارومایسس سروزیه افزایش می¬یابد و این واکنش ازدیاد حساسیت به آنتی¬ژن¬های مخمر ممکن است نقش مهمی در افزایش اختلالات روده ای در این بیماران داشته باشد (واکر، 1391).
به طور کلی، قبلاً مخمرها فقط به عنوان موجودات

]]>