يمتلك ميكروب القطب الجنوبي إمكانات غذائية وتجميلية وطبية كبيرة

في واحدة من أكثر بيئات الأرض جفافًا وقسوة، اكتشف العلماء معجزة صغيرة. اكتشف العلماء في خليج فومارول بجزيرة ديسبشن بالقارة القطبية الجنوبية، سلالة Bacillus licheniformis F2LB، وهي بكتيريا تصنع بوليمرًا سكريًا مذهلًا يُعرف باسم عديد السكاريد الخارجي، أو EPS. قد يغير هذا المركب الرائع كيفية إنتاج الصناعات للأغذية ومستحضرات التجميل والأدوية والمنتجات القابلة للتحلل.

نُشر البحث مؤخرًا، بقيادة أبارنا بانيرجي ومعاونيها الدوليين من تشيلي والبرازيل والهند، في المجلة الدولية للجزيئات البيولوجية الكبيرة. تم تمويل المشروع أيضًا من قبل جامعة ساو باولو البرازيلية ومعهد أنتاركتيكا الشيلي بمساعدة دعم مالي من مركز أبحاث الأغذية التابع لـ FAPESP (ForRC).

جزيرة الخداع، وهي كالديرا بركانية محاطة بجليد القطب الجنوبي، قد تكون ميتة بالعين المجردة. لكن النقاط الساخنة للطاقة الحرارية الأرضية تخلق جزرًا من الحرارة والتربة الغنية بالمغذيات، مما يشكل ما يسميه العلماء بيئة “متعددة الأطراف” – متطرفة في درجة الحرارة، والحموضة، والإشعاع فوق البنفسجي. إن بقاء ميكروب مثل Bacillus licheniformis هنا هو مسألة ذكاء تطوري.

الميكروبات بنيت من أجل البقاء

وعندما غامر الباحثون بجمع عينات من التربة ومياه الفوماروليك، أو الماء الساخن من المنافذ البركانية، وجدوا كائنات حية دقيقة تزدهر في ظروف تتجاوز درجات الحرارة فيها 100 درجة مئوية في البيئات شديدة البرودة. أظهر التحليل الجينومي لسلالة F2LB وجود جينات موجودة في مقاومة الأشعة فوق البنفسجية والتكيف الحراري. هذه السمات، التي تم تطويرها على مدى ملايين الأجيال، تسمح للبكتيريا بإنتاج عديدات السكاريد الخارجية كحاجز حراري وإشعاعي وحاجز للجفاف.

وذكر جواو باولو فابي، الأستاذ الجامعي في جامعة ساو باولو والمؤلف المشارك في البحث، أن التركيب الجزيئي والوظيفة لسلالة القطب الجنوبي تفوقت على البوليمرات التجارية مثل صمغ الزانثان.

وأوضح فابي: “إنه يوفر حماية مضادة للأكسدة، وعمر افتراضي ممتد، واستقرار المستحلب، وتحسين الملمس، خاصة في الأطعمة الوظيفية”. “إن ثباته الحراري ومقاومته لمستويات الحموضة القصوى يجعله قابلاً للتطبيق في مستحضرات التجميل والأدوية والمنتجات القابلة للتحلل.”

فحص أعمق للجزيء

بعد عزل البكتيريا، استخدم العلماء آلات متقدمة – التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه، والرنين المغناطيسي النووي، واللوني للغاز – قياس الطيف الكتلي – لكشف سر بنية EPS. تم اكتشاف أن البوليمر يحتوي في الغالب على الجلوكوز والجلاكتوز بنمط نموذجي يمكّنه من أن يكون مرنًا ومقاومًا وقابلاً للتبلور.

عند رؤيتها تحت المجهر، كان للـ EPS نسيج مسامي يشبه الشبكة يمتص الماء ويربط المعدن ويشكل الأغشية الحيوية. هذه الخصائص هي التي تجعله مرغوبًا بشكل خاص للاستخدامات في العالم الحقيقي، بدءًا من تثبيت نسيج الطعام في مكانه وحتى تطهير المياه القذرة.

في التجارب، وجد أن البوليمر مستقر على نطاق واسع من الأس الهيدروجيني ومقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة، ولا يفقد بنيته حتى عندما تتجاوز 250 درجة مئوية. كما أظهر أيضًا خاصية استحلاب كبيرة، مما سمح للزيت والماء بالاختلاط بسلاسة، وهي ميزة مهمة جدًا في استخدام الأغذية والعناية بالبشرة والأدوية.

القوة في الأداء

ولم تتوقف المجموعة عند هذا الحد. لقد اختبروا EPS بحثًا عن نشاط مضاد للأكسدة ومضاد للميكروبات والاستحلاب، وكانت النتائج مثيرة للإعجاب. لقد تخلص من أكثر من 60% من الجذور الحرة، وهو ما يشبه بعض مضادات الأكسدة التجارية. على عكس البكتيريا المسببة للأمراض مثل المكورات العنقودية الذهبية، كان فعالا جدا ضدها من خلال تدمير الغشاء أو تثبيط التمثيل الغذائي البكتيري.

والأمر الأكثر إثارة للإعجاب هو أن EPS وجد أنه يحبس المعادن الثقيلة السامة مثل الكادميوم والرصاص من عينات المياه، وهي علامة على أنه يمكن استخدامه في المعالجة الحيوية – إزالة الملوثات من البيئات السامة باستخدام الكائنات الطبيعية.

تعتبر هذه المرونة ميزة كبيرة للبوليمر في القطب الجنوبي مقارنة بالبوليمرات الاصطناعية. إنها قابلة للتجديد، وقابلة للتحلل، وصديقة للبيئة، وكل ذلك يتماشى مع الاتجاه المتزايد نحو الإنتاج المستدام.

التطور في أقصى الحدود

في المناخ القاسي لجزيرة ديسيبشن، يعتمد البقاء على البراعة. لقد طورت الكائنات الحية الدقيقة في الجزيرة حلولاً كيميائية حيوية لا تحافظ على الحياة فحسب، بل يمكن أن تكون مفيدة أيضًا للبشر. يتم استخدام عديدات السكاريد الخارجية مثل تلك الموجودة في Bacillus licheniformis كدرع مجهري لحماية الخلايا من السموم والإشعاع وضغوط درجة الحرارة مع تنظيم الرطوبة الداخلية.

ويعتقد العلماء أن الجزيئات تطورت كآلية دفاعية، لكن قيمتها العلاجية والتجارية لم يتم اكتشافها إلا للتو. يُظهر EPS الفريد من نوعه لسلالة F2LB كيف يمكن لمختبرات الطبيعة الأكثر تطرفًا – البراكين الجليدية في القارة القطبية الجنوبية – أن تقدم إجابات لم تتمكن تكنولوجيا اليوم من مواكبتها بعد.

من المختبر إلى تطبيقات العالم الحقيقي

ولاختبار إجهاد قابلية التوسع، قامت مجموعة بانيرجي بزراعة البكتيريا تحت ظروف التخمير المتصاعدة. وقد أسفر الحصاد الأولي عن ثلاثة جرامات محترمة من ربحية السهم لكل لتر، ويمكن زيادتها أكثر من خلال تحسين العملية. إن خصائص تدفق المادة – كيف تميل إلى النحافة عند التحريك – تجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات في الطلاءات والدهانات ومكثفات الطعام، حيث يكون الملمس الناعم ضروريًا.

ومع تحول الشركات في جميع أنحاء العالم بعيدا عن المنتجات القائمة على النفط، فإن البوليمرات الطبيعية مثل هذه يمكن أن تقود الطريق نحو بدائل أكثر صداقة للبيئة. يجمع EPS في القطب الجنوبي بين القوة والقابلية للتحلل الحيوي والوظيفة في حزمة لا يتطابق معها سوى عدد قليل من المواد المركبة.

جهد عالمي للابتكار القطبي

وقد أصبح هذا الاكتشاف ممكنا من خلال التعاون بين المؤسسات التشيلية والبرازيلية والهندية، مما يبرز قوة العلم كجهد عابر للحدود. ووصف بانيرجي القارة القطبية الجنوبية بأنها “مختبر حي” حيث تزدهر الكائنات الحية الدقيقة ويمكن أن تحمل مفاتيح مثل هذه المشاكل في الصحة والاستدامة وعلوم المواد.

ويضيف العلماء أن حماية هذه البيئة الهشة لا تقل أهمية عن اكتشافها. كل ميكروب جديد يتم العثور عليه يضيف إلى فهم الإنسان لكيفية تكيف الحياة وازدهارها، وقد يحمل تلميحات عن تقنيات لا يمكن تصورها بعد.

الأهمية العملية للنتائج

إن اكتشاف Bacillus licheniformis F2LB وقدرتها على التحمل من عديد السكاريد الخارجي ينبئ بمستقبل مستدام للعديد من الصناعات.

إن استقرارها الجوهري وقابليتها للتحلل الحيوي ونشاطها المضاد للأكسدة يجعلها مرشحة لتحل محل البوليمرات الاصطناعية في المنتجات الغذائية ومستحضرات التجميل والأدوية. كما أن قدرتها على خلب المعادن الثقيلة تمثل طريقًا صديقًا للبيئة نحو إعادة تأهيل البيئة.

ومع تطور الأبحاث، يمكن للمهندسين الحيويين هندسة جزيئاتها لجعلها أكثر كفاءة، مما يمهد الطريق لعمليات إنتاج أكثر مراعاة للبيئة ومنتجات أكثر أمانًا للمستهلكين.

نتائج الأبحاث متاحة على الإنترنت في المجلة الدولية للجزيئات البيولوجية الكبيرة.

قصص ذات صلة

مثل هذا النوع من القصص التي تشعرك بالسعادة؟ احصل على النشرة الإخبارية للجانب المشرق من الأخبار.