Potential of Endophytic Fungi from Orobanche spp. as Novel Sources of L-Asparaginase, an Enzyme with Anticancer Applications

في العالم الخفي داخل النباتات السليمة، تعيش فطريات دقيقة كجيران هادئين، تشارك المساحة مع عوائلها دون التسبب في أي ضرر. هذه هي "النهايات" (endophytes)، وهي مجتمع متنوع من الكائنات الحية الدقيقة التي تطورت لإنتاج مجموعة واسعة من الأدوات الكيميائية لمساعدتها على البقاء والازدهار. ومن بين المواد التي تنتجها هذه الفطريات الإنزيمات، وهي آلات بيولوجية تسرع تفاعلات كيميائية محددة. أحد هذه الإنزيمات، المعروف باسم "L-asparaginase"، أصبح أداة حاسمة في الطب الحديث. يعمل هذا الإنزيم عن طريق تفكيك وحدة بناء بروتينية محددة تسمى "L-asparagine". وبينما تستطيع معظم الخلايا في جسم الإنسان صنع إمدادها الخاص من هذه الوحدة البنائية، فإن بعض الخلايا السرطانية، وخاصة تلك المرتبطة بنوع من سرطان الدم يسمى "ابيضاض الدم اللمفاوي الحاد"، لا تستطيع ذلك؛ فهي تعتمد كلياً على سرقتها من الدم. ومن خلال إدخال هذا الإنزيم إلى جسم المريض، يستطيع الأطباء تجريد الخلايا السرطانية من هذا المغذي الأساسي، مما يؤدي إلى تجويع الخلايا السرطانية وموتها بينما تظل الخلايا السليمة غير متأثرة إلى حد كبير. حالياً، تنتج الصناعة الطبية هذا الإنزيم المنقذ للحياة بشكل أساسي من البكتيريا، ولكن هذه النسخ البكتيرية قد تسبب أحيناً ردود فعل تحسسية شديدة أو آثاراً جانبية أخرى لدى المرضى، مما يدفع العلماء للبحث عن مصادر أكثر لطفاً وتوافقاً مع الجسم.

وجه فريق من الباحثين في جامعة زنجان في إيران اهتمامهم إلى عائل غير عادي وغالباً ما يتم إغفاله لهذه الجيران المجهريين: نبات "عاقلية" (broomrape). وعلى عكس معظم النباتات التي تنمو من التربة، فإن العاقلية هي نبات طفيلي كامل، مما يعني أنها لا تملك أوراقاً أو جذوراً خاصة بها، بل تعيش تماماً عن طريق الالتصاق بجذور محاصيل أخرى وسرقة مغذياتها. وبسبب هذا النمط الفريد والمرهق من الحياة، قد تكون الفطريات التي تعيش داخل العاقلية قد طورت قدرات خاصة للتعامل مع بيئتها. قام الباحثون بجمع عينات من نباتات العاقلية السليمة من الحقول الزراعية في شمال غرب إيران ونظفوها بعناية لإزالة أي أتربة أو بكتيريا سطحية. ثم قطعوا سيقان النبات إلى قطع صغيرة ووضعوها على هلام غني بالمغذيات لمعرفة ما إذا كان أي من الفطريات سينمو من الداخل. ومن بين 300 عينة نباتية، نجحوا في عزل عشرات السلالات الفطرية المختلفة، وقسموها في النهاية إلى 34 نوعاً متميزاً بناءً على مظهرها تحت المجهر.

لاكتشاف أي من هذه الفطريات يمكنها إنتاج إنزيم مكافحة السرطان، استخدم العلماء أولاً اختباراً بصرياً بسيطاً. فقد قاموا بزراعة الفطريات على طبق خاص يحتوي على "L-asparagine" وصبغة كاشف لدرجة الحموضة (pH). إذا أنتج الفطر الإنزيم، فإنه سيقوم بتفكيك الـ "asparagine" وإطلاق الأمونيا، مما يحول المنطقة المحيطة من اللون الأصفر إلى الوردي. أنتجت حوالي 20 من الأنواع الـ 34 الفطرية هذه الهالات الوردية، مما يشير إلى قدرتها على صنع الإنزيم. ومع ذلك، أدرك الباحثون أن الدائرة الوردية الكبيرة على الطبق لا تعني دائماً إنتاج كمية كبيرة من الإنزيم. وللحصول على القياس الحقيقي، نقلوا المرشحين الأكثر واعدية إلى مزارع سائلة واستخدموا طريقة كيميائية لحساب كمية الأمونيا المنطلقة بدقة. أظهرت النتائج نطاقاً واسداً من النشاط؛ فبينما أنتجت بعض الفطريات القليل جداً، برزت أربع سلالات محددة كأكثرها إنتاجية. ومن بينها، أنتج فطر تم تحديده باسم "Alternaria longipes"، وتحديداً سلالة تحمل الاسم "SH25"، أعلى كمية من الإنزيم، حيث وصلت إلى 5.79 وحدة لكل ميليلتر. وكان هذا أعلى بكثير من المتفوقين الآخرين، الذين شملوا أنواعاً مثل "Macrophomina phaseolina" و"Aspergillus flavus".

ركز الفريق بعد ذلك على "النجم المتألق"، وهو سلالة "Alternaria longipes SH25"، لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم جعلها تنتج المزيد من الإنزيم عن طريق تغيير بيئتها. اختبروا كيف يؤثر توفر الغذاء ودرجة حموضة السائل على الإنتاج، ووجدوا أن الفطر ينتج أكبر قدر من الإنزيم عندما يكون السائل حمضياً قليلاً ويحتوي على تركيز محدد من "L-asparagine". وتحت ظروف التحسين هذه، ارتفع ناتج الإنزيم إلى 5.95 وحدة لكل ميليلتر. كما تحقق الباحثون من مدى صمود الإنزيم عند تعرضه للحرارة، وهو عامل حاسم للاستخدام الصناعي. ووجدوا أن الإنزيم ظل مستقراً جداً عند درجات الحرارة المعتدلة، حيث احتفظ بمعظم نشاطه تقريباً بعد بقائه عند 35 درجة مئوية لنصف ساعة، وظل يحتفظ بنحو ثلثي قوته بعد ساعتين. وهذا يشير إلى أن الإنزيم قوي بما يكفي ليتم التعامل معه في بيئة التصنيع دون أن يتحلل فوراً.

تخلص الدراسة إلى أن نبات العاقلية الطفيلي هو مصدر غني، وإن كان غير مستكشف سابقاً، للفطريات القادرة على إنتاج هذا الإنزيم الحيوي. إن اكتشاف سلالة "Alternaria longipes" عالية الأداء يقدم بديلاً محتملاً للنسخ البكتيرية المستخدمة حالياً في الطب. وبينما يمكن للنسخ البكتيرية أن تسبب ردود فعل مناعية لدى بعض المرضى، فإن الإنزيمات الفطرية غالباً ما تُعت-بر أكثر توافقاً مع جسم الإنسان، رغم أن الأمر يتطلب مزيداً من الاختبارات لتأكيد هذه الميزة. وأشار الباحثون إلى أن حجم الهالة الوردية في أطباق الاختبار الأولية لم يكن مؤشراً موثوقاً على كمية الإنزيم التي سينتجها الفطر فعلياً في المزرعة السائلة، مما يسلط الضوء على أهمية القياسات الكيميائية الدقيقة فوق التخمينات البصرية. ومن خلال عزل وتحديد هذه الفطريات باستخدام التسلسل الجيني، أكد الفريق هوياتها وأقام رابطاً واضحاً بين هذا النوع الفطري المحدد وقدرته على إنتاج الإنزيم. يفتح هذا العمل باباً جديداً للتكنولوجيا الحيوية، مشيراً إلى أن حتى أكثر النباتات غرابة في حقولنا قد تخبئ حلفاء مجهريين قادرين على المساعدة في محاربة الأمراض.