وجود لیپوپلی‌ساکاریدها (LPS) در دیواره سلولی باکتری‌های گرم منفی تأثیرات مهمی در صنعت بیوتکنولوژی دارد. LPS که به عنوان اندوتوکسین نیز شناخته می‌شود، می‌تواند چالش‌ها و محدودیت‌های خاصی در فرآیندهای تولیدی و توسعه محصولات بیوتکنولوژی ایجاد کند. در ادامه تأثیرات آن در صنعت بیوتکنولوژی توضیح داده می‌شود:
1. تولید محصولات دارویی و بیولوژیکی:
در فرآیندهای تولید پروتئین‌های نوترکیب و محصولات بیولوژیکی دیگر (مانند واکسن‌ها، آنتی‌بادی‌ها و آنزیم‌ها) از باکتری‌های گرم منفی، به‌ویژه اشرشیا کلی (E. coli)، به عنوان میزبان استفاده می‌شود. وجود LPS در این باکتری‌ها می‌تواند مشکلات جدی ایجاد کند:
- آلودگی با اندوتوکسین: LPSها قوی‌ترین اندوتوکسین‌ها هستند و می‌توانند در فرآورده‌های دارویی و بیولوژیکی آلودگی ایجاد کنند. حضور LPS در محصولات نهایی مانند واکسن‌ها یا پروتئین‌های درمانی می‌تواند واکنش‌های ایمنی شدیدی در انسان‌ها و حیوانات ایجاد کند، مانند تب، التهاب، شوک سپتیک و حتی مرگ. بنابراین، در تولیدات دارویی، حذف کامل اندوتوکسین‌ها ضروری است.
- فرآیند خالص‌سازی پیچیده: جداسازی LPS از پروتئین‌های تولید شده در باکتری‌ها یک مرحله چالش‌برانگیز در فرآیند خالص‌سازی است. فرآیندهای خالص‌سازی خاصی مانند فیلترهای نانو، کروماتوگرافی و تکنیک‌های حرارتی برای حذف اندوتوکسین‌ها به کار می‌روند که هزینه و پیچیدگی فرآیند تولید را افزایش می‌دهند.
2. ایمنی زیستی و کنترل کیفیت:
- نیاز به آزمایش‌های دقیق: در هر محصول بیولوژیکی که از باکتری‌های گرم منفی تولید می‌شود، آزمایش‌های دقیق برای شناسایی و حذف اندوتوکسین‌ها ضروری است. استانداردهای بین‌المللی برای حداکثر مقدار مجاز اندوتوکسین در داروها و محصولات بیولوژیکی وجود دارد که باید رعایت شود.
- آزمایش‌های لیزات آمبوسیت خرچنگ نعل‌اسبی (LAL Test): یکی از آزمایش‌های رایج برای تشخیص وجود اندوتوکسین در محصولات بیوتکنولوژی، آزمایش لیزات آمبوسیت خرچنگ نعل‌اسبی (LAL) است. وجود LPS باعث انعقاد لیزات آمبوسیت می‌شود که حضور اندوتوکسین را نشان می‌دهد.
3. محدودیت در استفاده از باکتری‌های گرم منفی به عنوان میزبان:
- به دلیل مشکلاتی که LPSها ایجاد می‌کنند، ممکن است استفاده از باکتری‌های گرم منفی در برخی موارد محدود شود. برای جلوگیری از مشکلات اندوتوکسین‌ها، در بعضی از فرآیندها از باکتری‌های گرم مثبت یا مخمرها به عنوان میزبان‌های تولیدی استفاده می‌شود، چرا که این موجودات LPS تولید نمی‌کنند و مشکل اندوتوکسین‌ها وجود ندارد.
4. توسعه روش‌های نوین برای حذف LPS:
- مهندسی ژنتیک: دانشمندان از تکنیک‌های مهندسی ژنتیک استفاده می‌کنند تا باکتری‌های گرم منفی را به گونه‌ای تغییر دهند که یا LPS تولید نکنند، یا ساختار LPS آنها تغییر یابد تا خواص سمی آن کاهش یابد. به عنوان مثال، تولید سویه‌های E. coli با LPS اصلاح‌شده یا حذف برخی ژن‌های ضروری برای سنتز LPS می‌تواند مشکل آلودگی اندوتوکسینی را کاهش دهد.
5. استفاده در تحقیقات ایمنی‌شناسی:
- LPS به عنوان محرک سیستم ایمنی: لیپوپلی‌ساکاریدها یکی از قوی‌ترین محرک‌های سیستم ایمنی هستند و در تحقیقات ایمنی‌شناسی و تولید واکسن‌ها به عنوان آدجوانت (تقویت‌کننده واکسن) استفاده می‌شوند. LPS می‌تواند باعث فعال‌سازی سلول‌های ایمنی شود و پاسخ ایمنی قوی‌تری در برابر آنتی‌ژن‌ها ایجاد کند. این ویژگی در طراحی و توسعه برخی واکسن‌ها مفید است.
6. تأثیر بر فرآیندهای تخمیری:
- تولید مواد متابولیکی در محیط‌های تخمیری: در فرآیندهای تخمیری که از باکتری‌های گرم منفی برای تولید محصولات مانند بیواتانول، آنزیم‌ها یا سایر محصولات صنعتی استفاده می‌شود، وجود LPS می‌تواند محصول نهایی را آلوده کند و فرآیندهای خالص‌سازی پس از تولید را پیچیده‌تر کند.
نتیجه‌گیری:
وجود لیپوپلی‌ساکارید در دیواره سلولی باکتری‌های گرم منفی تأثیرات مهمی در صنایع بیوتکنولوژی دارد. از یک سو، چالش‌های مرتبط با آلودگی اندوتوکسینی و نیاز به حذف LPS در تولید محصولات دارویی و بیولوژیکی هزینه‌ها و پیچیدگی‌های فرآیند تولید را افزایش می‌دهد. از سوی دیگر، خواص ایمنی LPS می‌تواند در تحقیقات ایمنی‌شناسی و تولید واکسن‌ها مفید باشد.