Omics Studies of Medicinal Plants (2023) [Omics μελέτες φαρμακευτικών φυτών]

Edited by

Altaf Ahmad

and

Ambreen Asif

Exploring Medicinal Plants / Σειρά: Εξερευνώντας τα φαρμακευτικά φυτά

Series Editor

Azamal Husen

Wolaita Sodo University, Ethiopia

Omics: Οι κλάδοι της επιστήμης που είναι γνωστοί ανεπίσημα ως omics είναι διάφοροι κλάδοι της βιολογίας των οποίων τα ονόματα τελειώνουν στο επίθημα -omics, όπως γονιδιωματική (genomics), πρωτεϊνομική (proteomics), μεταβολομική (metabolomics), μεταγονιδιωματική (metagenomics), φαινομενική (phenomics) και μεταγραφομική (transcriptomics). Το Omics στοχεύει στον συλλογικό χαρακτηρισμό και την ποσοτικοποίηση δεξαμενών βιολογικών μορίων που μεταφράζονται στη δομή, τη λειτουργία και τη δυναμική ενός οργανισμού ή οργανισμών.

Πρόλογος

Τα φαρμακευτικά φυτά (Medicinal Plants, MPs) προσφέρουν μερικές από τις πιο επιτακτικές πηγές φαρμάκων που συντηρούν τη ζωή σε ολόκληρο τον κόσμο. Η πλειονότητα των κατοίκων του κόσμου βασίζεται κυρίως σε φυτικές θεραπείες. Τα φαρμακευτικά φυτά είναι επίσης μια καλή πηγή εισοδήματος. Η αγορά φυτικών φαρμάκων, την τελευταία δεκαετία, έχει παρουσιάσει τεράστια ανάπτυξη και προβλέπεται να φτάσει τα 107 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το τέλος του 2020. Η αναδυόμενη ζήτηση για φυτικά φάρμακα έχει επιβαρύνει επίσης τα αρχικά τους αποθέματα. Μια σωρευτική παγκόσμια παρόρμηση για φυτικά φάρμακα συνοδεύεται από μια συρρίκνωση των αποθεμάτων φαρμακευτικών φυτών λόγω της υπερβολικής συγκομιδής. Περίπου το 90% της συγκομιδής προέρχεται από άγριους και φυσικά αναπτυσσόμενους πόρους, οι οποίοι δεν καλλιεργούνται ρητά για εμπορική χρήση. Αυτή η υπερχρησιμοποίηση των φαρμακευτικών φυτών από τους φυσικούς πόρους τους έχει οδηγήσει αυτά τα φυτικά είδη σε κίνδυνο εξαφάνισης. Για να αντιμετωπιστεί αυτή η αυξανόμενη ζήτηση για φαρμακευτικά φυτά, απαιτείται γενετική βελτίωση για να έχουν υψηλότερες αποδόσεις και περισσότερα ενεργά συστατικά. Αυτά τα βελτιωμένα MPs υψηλής απόδοσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για καλλιέργεια για εμπορικούς σκοπούς.

Οι βιοτεχνολογικές εισβολές έχουν επίσης διαδραματίσει ουσιαστικό ρόλο στην αναβάθμιση της απόδοσης και της ποιότητας των καλλιεργειών. Οι καλλιέργειες έχουν επίσης κατασκευαστεί για να παράγουν πολύτιμα ένζυμα, ετερόλογες πρωτεΐνες και αντισώματα. Σήμερα, τα φάρμακα φυσικών προϊόντων έχουν έναν πολύ κεντρικό και καθορισμένο ρόλο στη σύγχρονη ιατρική και φαρμακευτική φροντίδα. Παρά τη μεγάλη πρόοδο στη μοριακή βιολογία των φυτών για τη βελτίωση των φυτών σε καλλιέργειες, μόνο περιορισμένες εφαρμογές βιοτεχνολογίας έχουν παρατηρηθεί στα φαρμακευτικά φυτά. Οι πρόσφατες επαναστάσεις στις προσεγγίσεις υψηλής απόδοσης έδωσαν έμφαση στις ερευνητικές προθέσεις προς τις ωμικές προσεγγίσεις, όπως η γονιδιωματική, η μεταγραφική, η πρωτεϊνομική και η μεταβολομική. Τα τελευταία χρόνια, έχει δοθεί μεγάλη προσοχή στην αναβάθμιση των φαρμακευτικών και αρωματικών φυτών με τη χρήση προσεγγίσεων “omics”. Διάφορες ομάδες επιστημόνων χρησιμοποιούν αυτές τις προσεγγίσεις για να χαρακτηρίσουν τα φαρμακευτικά φυτά σε επίπεδα γονιδίων, πρωτεϊνών και μεταβολιτών. Το πρώτο κεφάλαιο του βιβλίου πραγματεύεται τον ρόλο των φαρμακευτικών φυτών στη θεραπεία διαφόρων παθήσεων υγείας. Το δεύτερο κεφάλαιο εστιάζει στην in vitro βιοσύνθεση, την πρόκληση και τη ρύθμιση προς τα πάνω των δευτερογενών μεταβολιτών, τον ρόλο των ολοκληρωμένων ωμικών προσεγγίσεων και τις προοπτικές κλινικών πρακτικών που βασίζονται σε βότανα. Το Κεφάλαιο 3 παρέχει πολύτιμες γνώσεις για το πώς οι προσεγγίσεις της βιοτεχνολογίας έχουν βοηθήσει στην αντιμετώπιση διαφόρων προκλήσεων που αντιμετωπίζει η έρευνα ιατρικών φυτών και απεικονίζει μελλοντικές στρατηγικές που μπορούν να υιοθετηθούν. Συζητούνται επίσης πρόσφατες παρεμβάσεις που έχουν τη δυνατότητα να φέρουν επανάσταση στην έρευνα των φαρμακευτικών φυτών για εφαρμογή στη φαρμακευτική βιομηχανία. Το τρέχον σενάριο των δεδομένων omics στην έρευνα για φαρμακευτικά φυτά περιγράφεται στο Κεφάλαιο 4 με μια σύντομη συζήτηση για θέματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν κατά την ανάλυση αυτών των δεδομένων. Υπήρξε αρκετά ευνοϊκός αριθμός διαθέσιμων αναφορών για ωμικές αναλύσεις σε πολλά φαρμακευτικά φυτά. Οι συγγραφείς προσπάθησαν επίσης να τεκμηριώσουν επιλεγμένες ερευνητικές εργασίες σε αυτό το κεφάλαιο. Μια επισκόπηση των προσεγγίσεων της γονιδιωματικής, της μεταγραφομικής και της πρωτεϊνομικής για τη βελτίωση των φαρμακευτικών φυτών δίνεται στο Κεφάλαιο 5. Οι πληροφορίες σχετικά με το γονιδιωματικό προφίλ των φαρμακευτικών φυτών έχουν αυξηθεί σημαντικά την τελευταία δεκαετία. Έχουν γίνει προσπάθειες για τον χαρακτηρισμό των φαρμακευτικών φυτών σε επίπεδα γονιδιώματος με τη βοήθεια μοριακών δεικτών για δικαιολογημένη εφαρμογή της γονιδιακής δεξαμενής, τη διατήρηση της και μελλοντικά ερευνητικά προγράμματα. Το Κεφάλαιο 6 τεκμηριώνει το προφίλ του γονιδιώματος των φαρμακευτικών φυτών χρησιμοποιώντας την προσέγγιση δακτυλικών αποτυπωμάτων DNA. Η νοθεία έχει γίνει διαδεδομένη στη βιομηχανία φυτικών μέσων υγειονομικής περίθαλψης και είναι μια απειλή για την ασφάλεια των καταναλωτών. Αυτό επιδεινώνεται περαιτέρω από το γεγονός ότι τα φυτά και τα προϊόντα τους που πωλούνται στην αγορά βοτάνων στερούνται εμφανών φαινοτυπικών χαρακτηριστικών που συγκαλύπτουν την αυθεντικότητα τους επειδή βρίσκονται είτε σε αποξηραμένη μορφή είτε σε σκόνη. Το Κεφάλαιο 7 εξηγεί ότι η πρόκληση της εσφαλμένης αναγνώρισης μπορεί να ξεπεραστεί με τη μοριακή τεχνική της γραμμικής κωδικοποίησης DNA. Αυτή η μέθοδος προσδιορίζει μοναδικά κάθε ζωντανό οργανισμό, όπως κάθε προϊόν στο σούπερ μάρκετ έχει γραμμικό κώδικα και ετικέτα. Αυτό θα βοηθήσει τους καταναλωτές να αναγνωρίζουν εύκολα και αποτελεσματικά τα φαρμακευτικά φυτά και τα προϊόντα τους ανεξάρτητα από τη φυσική τους κατάσταση. Οι τελωνειακοί υπάλληλοι και άλλες σχετικές υπηρεσίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτούς τους γραμμωτούς κώδικες για τον έλεγχο του παράνομου εμπορίου και έτσι να πραγματοποιήσουν προσπάθειες διατήρησης. Το barcoding DNA μπορεί επίσης να βοηθήσει στη διατήρηση των απειλούμενων φυτικών ειδών και στην προστασία της βιοποικιλότητας. Με βάσεις δεδομένων γραμμωτού κώδικα για συγκεκριμένα είδη, θα μειωθούν οι πιθανότητες νόθευσης, ατυχημάτων που σχετίζονται με φυτικά φάρμακα και υπερεκμετάλλευσης της χλωρίδας. Ο συγγραφέας τόνισε περαιτέρω ότι, μαζικά, αυτό θα είναι ένα μεγάλο βήμα προς τη διατήρηση των πόρων. Η μεταγραφομική ανάλυση γονιδίων είναι μια άλλη πρόοδος στην ανάλυση της γονιδιακής έκφρασης σε επίπεδα μεταγραφής mRNA. Στην περίπτωση των φαρμακευτικών φυτών, οι πληροφορίες σχετικά με τη χρήση αυτής της τεχνικής είναι πενιχρές επειδή είναι διαθέσιμες γονιδιωματικές αλληλουχίες περιορισμένων φαρμακευτικών φυτών. Ο συγγραφέας του Κεφαλαίου 8 έχει συζητήσει τη συνάφεια των μεταγραφικών προσεγγίσεων στην ανάλυση της έκφρασης του γονιδίου των μεταβολικών οδών που σχετίζονται με τη βιοσύνθεση των δευτερογενών μεταβολιτών. Ενώ οι τεχνολογίες γονιδιωματικής και μεταγραφικής απεικονίζουν το προφίλ έκφρασης των γονιδίων σε έναν οργανισμό και βοηθούν στην κατανόηση των δομών και των λειτουργιών των εκφραζόμενων πρωτεϊνών, το προφίλ των μεταβολιτών ενός οργανισμού παρέχεται από τη μεταβολομική σε διάφορα επίπεδα ζωής. Αρκετές τεχνικές, όπως LC-MS, GC-MS, NMR-MS, και ούτω καθεξής, συνδέονται για να απεικονίσουν το μεταβολικό πρότυπο των φαρμακευτικών φυτών, ποιοτικά και ποσοτικά. Το LC-MS είναι μια από τις αναπτυσσόμενες και εξαιρετικά προηγμένες τεχνικές που χρησιμοποιούνται για μεταβολομική ανάλυση λόγω της υψηλής εξειδίκευσης, επιλεκτικότητας και ακρίβειας σε μια συνολική αξιολόγηση της επιλεκτικότητας και της ακεραιότητας των δεδομένων. Το Κεφάλαιο 9 περιγράφει τον ρόλο του LC-MS στο μεταβολισμό και τα διάφορα βήματα για τη μείωση των σχετικών προβλημάτων όπως ο πειραματικός σχεδιασμός, η επιλογή της μεθόδου, η προετοιμασία του δείγματος και η βελτιστοποίηση της μεθόδου. Η μεταβολομική είναι επίσης ένα σημαντικό εργαλείο στον ποιοτικό έλεγχο και στην τυποποίηση της παραγωγής ιατρικά σημαντικών φυσικών προϊόντων. Έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για την αναγνώριση και τον χαρακτηρισμό σπάνιων ή απειλούμενων ειδών φαρμακευτικών φυτών. Παρείχε χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τις βιοχημικές εξελικτικές σχέσεις μεταξύ των διαφόρων φαρμακευτικών φυτών. Το Κεφάλαιο 10 παρέχει πληροφορίες για τις μεταβολομικές προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη ορισμένων κοινών φαρμακευτικών φυτών. Δεδομένου ότι η γενετική μεταβλητότητα στα φαρμακευτικά φυτά είναι πολύ περιορισμένη, η επαγόμενη μεταλλαξιογένεση είναι μάρτυρας ως πρακτικό εργαλείο για τη διεύρυνση της γενετικής παραλλαγής για την παράκαμψη αυτών των συνθηκών συμφόρησης. Η μεταλλαξιογένεση φυτών επιτρέπει τη σκόπιμη επαγωγή βιώσιμων μεταλλάξεων για τη δημιουργία νέων μεταλλαγμάτων με αναβαθμισμένους αγρονομικούς χαρακτήρες και αυξημένη απόδοση. Με την ταχεία κατανόηση των διαφορετικών τύπων μεταλλαξιγόνων και άλλων τεχνολογιών μεταλλάξεων, η μεταλλαξιογένεση φυτών έχει γίνει ένα σωστό εργαλείο σε προγράμματα αναπαραγωγής μεταλλάξεων που αγκαλιάζουν την αυξημένη χρήση της σε συναφή ερευνητικά πεδία. Το Κεφάλαιο 11 εξετάζει ένα πολύτιμο όραμα της μεταλλαξιογένεσης λόγω της άφθονης γνώσης των βιολογικών, μορφολογικών, απόδοσης και κυτταρολογικών παραμέτρων. Επίσης, οι διευρυνόμενοι ερευνητικοί ορίζοντες από την άποψη της φυτοχημικής, μοριακής και πρωτεωμικής επιτρέπουν τη σημαντική δυνατότητα αξιολόγησης της επαγόμενης μεταλλαξιογένεσης σε αυτά τα φαρμακευτικά φυτά. Το Κεφάλαιο 12 συνοψίζει την κατασκευή νανοσωματιδίων από διάφορα μέρη φυτικών φυτών, τεχνικές χαρακτηρισμού, πιθανή εφαρμογή τους σε αντιμικροβιακές δραστηριότητες και μελλοντικές προοπτικές. Η νοθεία με φαρμακευτικά φυτά παραμένει πάντα κύριο μέλημα των χρηστών για λόγους ασφάλειας και αποτελεσματικότητας. Ο σωστός έλεγχος ταυτότητας και η αναγνώριση των γνήσιων φαρμακευτικών βοτάνων ήταν πάντα μια μεγάλη πρόκληση για τους ανθρώπους που τα χρησιμοποιούν. Με την αύξηση της κατανάλωσης φυτοφαρμάκων, η πιστοποίηση και ο χαρακτηρισμός αυτών των φαρμακευτικών φυτών γίνεται ένα κρίσιμο ζήτημα. Περαιτέρω, η υπερεκμετάλλευση των φαρμακευτικών φυτών στην παρασκευή φυτικών σκευασμάτων χωρίς προηγούμενα βήματα για τη διατήρηση τους έχει οδηγήσει στο να τεθούν σε κίνδυνο. Ακόμη και πολλά είδη φυτών βρίσκονται στα πρόθυρα της εξαφάνισης. Το Κεφάλαιο 13 παρέχει μια εικόνα για τις πτυχές ασφάλειας και τη στρατηγική διατήρησης των φαρμακευτικών φυτών. Σε αυτό το τελευταίο κεφάλαιο, η φυτοχημική αξιολόγηση ορισμένων φαρμακευτικών φυτών δόθηκε από τον συγγραφέα και συζητείται η βιοτεχνολογική προσέγγιση για τη διατήρηση αυτών των φαρμακευτικών φυτών. Το παρόν βιβλίο, επομένως, παρέχει μια περιεκτική πραγματεία των κεφαλαίων για να παρέχει μια εις βάθος ανάλυση των πρόσφατων ανακαλύψεων σε προσεγγίσεις υψηλής απόδοσης για την έρευνα των φαρμακευτικών φυτών. Ελπίζουμε ότι αυτό το βιβλίο θα καλύψει τις ανάγκες όλων εκείνων που εργάζονται ή ενδιαφέρονται για τη σύγχρονη έρευνα των φαρμακευτικών φυτών.

Altaf Ahmad

Ambreen Asif

Editors

Περιεχόμενα

Κεφάλαιο 1. Φαρμακευτικά φυτά για την υγειονομική περίθαλψη, Neha Chaurasiya and Altaf Ahmad

Κεφάλαιο 2. Μεταφραστική έρευνα για φαρμακευτικά φυτά: Ολοκληρωμένες προσεγγίσεις, τάσεις και προοπτικές, Siva P. K. Chetri, Lokesh Kumar Agarwal, Akanksha Vashishtha, Vibhuti Singh, Ratan Lal, Amit Kumar Gupta, and Kuldeep Sharma

Κεφάλαιο 3. Αποκάλυψη της χημικής ποικιλομορφίας φαρμακευτικών φυτών για ανακάλυψη νέων φαρμάκων μέσω βιοτεχνολογικών παρεμβάσεων, Mir Zahoor Gul, Mohd Yasin Bhat, Elizabeth P. Ryan, and Irfan A. Ghazi

Κεφάλαιο 4. Μεγάλα omics δεδομένα και φαρμακευτικά φυτά, Ankita Chatterjee, Geetanjali Baruah, and Jagajjit Sahu

Κεφάλαιο 5. Μια επισκόπηση των προσεγγίσεων γονιδιωματικής, μεταγραφομικής και πρωτεομικής για την έρευνα στα φαρμακευτικά φυτά, Anindita Sengupta, Faizia Bano, Neha Arora, Saima Wajid, and Mohd Mughees

Κεφάλαιο 6. Γονιδιωματικός προσδιορισμός φαρμακευτικών φυτών, Kritika Shukla, Mohd Ashraf Ashfaq, and Md. Salik Noorani

Κεφάλαιο 7. Barcoding με βάση το γονιδίωμα για τον έλεγχο ταυτότητας των φαρμακευτικών φυτών και των προϊόντων τους, Samia Khan

Κεφάλαιο 8. Μεταγραφικό προφίλ σε όλο το γονιδίωμα των φαρμακευτικών φυτών, Sana Basri

Κεφάλαιο 9. Μεταβολική των φαρμακευτικών φυτών που βασίζεται σε LC-MS, Gaurav Gautam, Rabea Parveen, and Sayeed Ahmad

Κεφάλαιο 10. Μεταβολικό προφίλ ορισμένων φαρμακευτικών φυτών, Sahrish Aftab

Κεφάλαιο 11. Μεταλλαξιγένεση σε φαρμακευτικά φυτά, Ambreen Asif

Κεφάλαιο 12. Κατασκευή νανοσωματιδίων από φυτικά φυτά και ο ρόλος τους σε αντιμικροβιακές δραστηριότητες, Fekadu Ashine C., Rakesh Kumar Bachheti, Archana Bachheti, Limenew Abate, and Azamal Husen

Κεφάλαιο 13. Εργαλεία για την αξιολόγηση της ασφάλειας και τη διατήρηση των φαρμακευτικών φυτών, Shipra Rani Jha and Mohd Mughees

Κεφάλαιο 14. Φυτοχημική αξιολόγηση και βιοτεχνολογική προσέγγιση για τη διατήρηση ορισμένων φαρμακευτικών φυτών, Renu Pandey

(το βιβλίο σε μορφή αρχείου PDF)