Integrated production and characterization of lipopeptide biosurfactants and bacteriocins from Klebsiella aerogenes MB688 with antibacterial and antioxidant potentials
تُظهر هذه الدراسة أن بكتيريا *Klebsiella aerogenes* MB688 هي منتج واعد للمواد الخافضة للتوتر السطحي من نوع الليبوبيبتيد والباكتريوسينات متعددة الوظائف، والتي تم تحسينها تحت ظروف محددة وتوصيفها بامتلاك إمكانات كبيرة مضادة للبكتيريا ومضادة للأكسدة للتطبيقات في مجالي الغذاء والطب.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في العالم المجهري، لا تُعد البكتيريا مجرد كائنات وحيدة الخلية فحسب؛ بل هي مصانع كيميائية. فالكثير منها ينتج جزيئات خاصة تساعدها على البقاء، أو التواصل، أو محاربة المنافسين. وقد استقطب جزيئان من هذه الأنواع اهتمام العلماء الباحثين عن بدائل أكثر رفقاً بالبيئة وأماناً للكيماويات القاسية التي نستخدمها في الصناعة والطب. الأول هو "المنشط السطحي الحيوي" (biosurfactant)، وهي مادة تعمل مثل الصابون الطبيعي. فتماماً كما يسمح الصابون بخلط الزيت والماء، يمكن لهذه الجزيئات البكتيرية أن تكسر التوتر بين السوائل التي عادة ما تتنافر، مما يجعلها مفيدة لتنظيف الانسكابات النفطية أو تحسين قوام الأطعاو. أما الثاني فهو "البكتيريوسين" (bacteriocin)، وهو سلاح بروتيني صغير تستخدمه البكتيريا لقتل البكتيريا الأخرى. ومع صراع العالم مع العدوى المقاومة للمضادات الحيوية، أصبح العثور على مواد جديدة طبيعية المنشأ يمكنها إيقاف الجراثيم الضارة هدفاً بالغ الأهمية. ويتجه الباحثون الآن إلى أنواع أقل شيوعاً من البكتيريا لمعرفة ما إذا كان بإمكانها إنتاج هذه الأدوات القيمة بكميات كبيرة.
قرر فريق من العلماء في باكستان والسعودية استقصاء سلالة معينة من البكتيريا تسمى "كليبسيلا أيروجينيس" (Kle_iella aerogenes)، والتي كانوا قد عزلوا سابقاً من حبة شمندر. ورغم أن هذه البكتيريا معروفة بوجودها في البيئة، إلا أن قدرتها على إنتاج كل من المنشطات السطحية الحيوية والبكتيريوسينات في آن واحد لم تُستكشف بشكل كامل بعد. شرع الباحثون في زراعة هذا الميكروب تحت ظروف خاضعة للرقابة الدقيقة لمعرفة كمية هذه المواد المفيدة التي يمكنها صنعها. لقد عاملوا البكتيريا كأنها حديقة، حيث قاموا بضبط درجة الحرارة، وحموضة الماء الذي ينمون فيه، وكمية الملح المضافة، لإيجال الوصفة المثالية لتحقيق أقصى قدر من الإنتاج. واكتشفوا أن البكتيريا تزدهر بشكل أفضل عند درجة حرارة دافئة تبلغ 32 درجة مئوية، وفي بيئة قلوية قلياً ذات أس هيدروجيني (pH) يبلغ 8، وعند وجود كمية صغيرة من الملح. وتحت هذه الظروف المثالية، وبعد ترك المزرعة تنمو لمدة ثلاثة أيام تقريباً، أنتجت البكتيريا أعلى عائد من هذه الجزيئات المفيدة.
بمجرد أن أنهت البكتيريا عملها، قام الفريق بفصل السائل الذي يحتوي على الجزيئات المفرزة عن الخلايا البكتيرية نفسها. ثم أخضعوا هذه المستخلصات لسلسة من الاختبارات لفهم ماهيتها وما يمكنها فعله. وللتأكد من وجود المنشطات السطحية الحيوية، أجروا اختباراً بصرياً بسيطاً حيث وضعوا قطرة من السائل البكتيري على طبقة من الزيت تطفو فوق الماء. أزاح السائل الزيت جانباً على الفور، مما خلق دائرة واضحة، وهو ما أثبت امتلاكه لخصائص نشاط سطحي قوية. كما قاموا بقياس مدى قدرة السائل على خلط الزيت والماء معاً، ووجدوا أنه شكل خليطاً مستقراً استمر لمدة يوم كامل. ولتحديد التركيب الكيميائي لهذه الجزيئات، استخدموا تقنية تسلط ضوء الأشعة تحت الحمراء عبر العينة للكشف عن بنيتها الداخلية. وأظهرت النتائج أن المنشط السطحي الحيوي كان مزيجاً معقداً من الدهون والبروتينات، أي أنه "ليبوببتيد" (lipopeptide)، وليس مجرد جزيء بسيط يعتمد على السكر. وقد تأكد ذلك أيضاً من خلال اختبار فصل المكونات على لوح رقيق، حيث تصرفت المادة تماماً مثل هجين البروتين والدهون.
كما عزل الباحثون "البكتيريوسينات"، وهي الأسلحة القائمة على البروتين، من نفس المزرعة البكتيرية. واختبروا هذه الأسلحة ضد مجموعة متنوعة من البكتيريا الأخرى، بما في ذلك الأنواع التي تسبب عدوى شائعة وتلك غير الضارة عموماً. كانت النتائج واعدة: نجحت البكتيريوسينات في إيقاف نمو العديد من البكتيريا الضارة، بما في ذلك سلالة من "المكورات العنقودية الذهبية" (Staphylococcus aureus) و"الإشريكية القولونية" (Escherichia coli). ووجد الفريق أن هذه الأسلحة البروتينية قوية للغاية، حيث ظلت فعالة حتى عند تعرضها لدرجات حرارة عالية أو مستويات مختلفة من الحموضة، رغم أنها تدمرت عند معالجتها بإنزيمات تكسر البروتينات. وقد أكد هذا أن المكون النشط هو بالفعل بروتين. وبعد تنقية العينة، حسبوا أن تركيز البروتين النشط يبلغ حوالي 101.6 ميكروغرام لكل ميليلتر.
وبعيداً عن قدرتها على قتل البكتيريا، أظهرت المنشطات السطحية الحيوية التي أنتجتها هذه السلالة موهبة أخرى مفاجئة: فقد عملت كمضادات للأكسدة. ففي اختبار مصمم لقياس مدى قدرة المادة على تحييد الجذور الحرة الضارة، قدم مستخلص المنشط السطحي الحيوي أداءً مثيراً للإعوة. فعند تركيز 100 ميكروغرام لكل ميليلتر، قام بتحييد 78 بالمائة من الجذور الحرة، وهو مستوى نشاط يضاهي مكملات مضادات الأكسدة القياسية. وهذا يشير إلى أن الجزيئات التي تنتجها هذه السلالة البكتيرية الواحدة ليست مجرد أدوات أحادية البعد بل هي عوامل متعددة الوظائف. وتخلص الدراسة إلى أن سلالة Klebsiella aerogenes MB688 هي منتج عالي الكفاءة لهذه المركبات القيمة. ومن خلال تحسين ظروف النمو، أظهر الباحثون أن هذه البكتيريا يمكن أن تكون مصدراً مستداماً لإنشاء عوامل تنظيف صديقة للبيئة وعلاجات جديدة مضادة للميكروبات، مما يوفر مساراً محتملاً نحو البحث عن حلول صناعية وطبية أكثر أماناً.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.