Biogenic selenium nanoparticles from marine Pseudoalteromonas shioyasakiensis VB17: Physicochemical characterization and preliminary stimulation of seed germination
استُخدمت البكتيريا البحرية *Pseudoalteromonas shioyasakiensis* VB17 لتخليق جسيمات السيلينيوم الحيوية النانوية المستقرة والمغلفة بالبروتينات والبوليسكريدات، والتي لا تظهر أي سمية تجاه ميكروبات محددة وتعمل بفعالية على تعزيز إنبات البذور ونمو الشتلات المبكرة في القمح والحنطة السوداء.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يُعد السيلينيوم عنصراً زهيداً يلعب دوراً حيوياً في صحة الإنسان والحيوان، حيث يعمل كدرع ضد التلف الخلوي ويساعد في تنظيم الهرمونات. وبينما لا تحتاج النباتات إليه بشكل صارم للبقاء على قيد الحياة، فإن كميات صغيرة منه يمكن أن تعمل مثل الفيتامينات بالنسبة لها، مما يساعد المحاصيل على النمو بقوة أكبر ومقاومة الظروف القاسية مثل الجفاف أو التربة الملحية. ومع ذلك، فإن السيلينيوم سلاح ذو حدين؛ ففي أشكاله الكيميائية الشائعة الموجودة في الطبيعة، يمكن أن يكون ساماً للنباتات إذا كانت الجرعة عالية جداً، مما يسبب إجهاداً يؤدي إلى تقزم النمو أو قتل الشتلات. وقد بحث العلماء طويلاً عن طريقة لتوصيل هذا العنصر إلى النباتات بأمان، بهدف إيجاد شكل يمكن للنبات امتصاصه بسهولة دون المعاناة من السمية. ويتضمن أحد الحلول الواعدة تحويل السيلينيوم إلى جزيئات دقيقة، صغيرة جداً لدرجة أنها تُقاس بأجزاء من المليار من المتر. هذه الجسيمات النانوية يمكنها التفاعل مع بيولوجيا النبات بطرق فريدة، مما قد يوفر فوائد هذا العنصر مع تجنب مخاطر أشكاله الكيميائية الخام.
ولصنع هذه الجسيمات، غالباً ما يتطلع الباحثون إلى الطبيعة نفسها بدلاً من المصانع الصناعية. فبدلاً من استخدام مواد كيميائية قاسية أو طاقة عالية لتصنيع الجسيمات النانوية، يمكن للعلماء تسخير القدرات الطبيعية للكائنات الدقيقة. تعمل أنواع معينة من البكتيريا كمصانع صغيرة، حيث تأخذ السيلينيوم المذاب من بيئتها وتحوله إلى جسيمات صلبة غير ضارة. وتعتبر هذه العملية، المعروفة باسم التصنيع الحيوي، طريقة أكثر رفقاً بالبيئة واستدامة لإنتاج هذه المواد. ويمكن للسلالة البكتيرية المستخدمة أن تؤثر على حجم وشكل وخصائص سطح الجسيمات الناتجة، وهو ما يحدد مدى جودة عملها عند تطبيقها على المحاصيل. ويكمن التحدي في إيجاد السلالة البكتيرية المناسبة والظروف المثالية لإنتاج جسيمات فعالة وآمنة في آن واحد.
في دراسة حديثة، وجه الباحثون اهتمامهم إلى نوع معين من بكتيريا البحر يسمى Pseudoalteromonas shioyakiensis VB17، والتي تم عزلها في الأصل من مياه خليج ناترانج في فيتنام. أراد الفريق معرفة ما إذا كان هذا الميكروب الذي يعيش في المحيط يمكنه تحويل السيلينيوم السام بكفاءة إلى جسيمات نانوية مفيدة، وما إذا كانت تلك الجسيمات يمكن أن تساعد النباتات على النمو. بدأوا باختبار كيفية سلوك البكتيريا تحت ظروف مختلفة؛ حيث خلطوا البكتيريا مع كميات متفاوتة من السيلينيوم وعدلوا عدد الخلايا البكتيرية في الخليط لإيجاد النقطة المثالية للإنتاج. واكتشفوا أن وجود المزيد من البكتيريا في البداية ساعد في تسريع عملية تحويل السيلينيوم السام إلى جسيمات صلبة، ولكن إلى حد معين فقط. فإذا كان تركيز السيلينيوم مرتفعاً جداً، فإن وجود الكثير من البكتيريا أدى في الواقع إلى إبطاء العملية وتقليل إجمالي كمية السيلينيوم التي تم تحويلها. وقد حدد الباحثون توازناً محدداً: حيث كان خلط عدد متوسط من البكتيريا مع كمية محددة ومتوسطة من السيلينيوم هو الأفضل. وتحت هذه الظروف، قامت البكتيريا بتحويل السيلينيوم بسرعة، مما خلق معلقاً مستقراً من الجسيمات النانوية.
بمجرد إنتاج الجسيمات النانوية، فحصها الباحثون عن كثب لفهم مكوناتها وشكلها. وباستخدام مجاهر قوية وأدوات تحليل تعتمد على الضوء، وجدوا أن الجسيمات كانت مستديرة أو بيضاوية الشكل تقريباً. وتراوح حجم الجسيمات الفردية بين حوالي 80 إلى 135 نانومتر، وهو حجم صغير للغاية، ومع ذلك كان كبيراً بما يكفي لرؤيته باستخدام معدات التصوير المتقدمة. وداخل هذه الجسيمات، شكل السيلينيوم بنية بلورية، مما يعني أن الذرات مرتبة في نمط متكر ونظامي، وهي علامة على مادة مستقرة وجيدة التكوين. كما كشف التحليل أن سطح هذه الجسيمات مغطى بجزيئات بيولوجية طبيعية، وتحديداً البروتينات والسكريات التي أطلقتها البكتيريا أثناء العملية. تعمل هذه الأغلفة مثل غلاف واقٍ، مما يحافظ على استقرار الجسيمات في الماء ويمنعها من التكتل فوراً. كما تحمل الجسيمات شحنة كهربائية سالبة قوية، مما يساعدها على التنافر عن بعضها البعض والبقاء معلقة في السائل، وهي ميزة حاسمة لتطبيقها على النباتات.
تمثلت الخطوة التالية في التأكد مما إذا كانت هذه الجسيمات المصنوعة بيولوجياً آمنة وفعالة. اختبر الباحثون أولاً تأثيرها على بكتيريا وفطريات التربة الشائعة لضمان عدم إضرارها بالكائنات الدقيقة المفيدة. وعند التركيز الذي اختبروه، لم تظهر الجسيمات النانوية أي علامات لقتل أو وقف نمو هذه الميكروبات، مما يشير إلى توافقها مع بيئة التربة. ثم انتقلوا لاختبار الجسيمات على البذور؛ حيث عالجوا بذور القمح والحنطة السوداء بمحلول يحتوي على الجسيمات النانوية وراقبوا نموها مقارنة بالبذور غير المعالجة. وكانت النتائج مشجعة؛ فقد نبتت بذور القمح المعالجة بشكل أكثر موثوقية ونمت لتصبح شتلات أقوى، وطورت نباتات القمح الصغيرة جذوراً وسيقاناً أطول، وزاد وزنها الإجمالي بشكل ملحوظ مقار بالمجموعة الضابطة. كما أظهرت بذور الحنطة السوداء تحسناً ملحوظاً في معدلات الإنبات، حيث نجحت نسبة أكبر بكثير من البذور في الإنبات.
تشير هذه النتائج إلى أن بكتيريا البحر VB17 هي منتج قادر لجسيمات السيلينيوم النانوية التي تعد آمنة للميكروبات المفيدة ومفيدة لنمو النباتات. وتوفر الدراسة مثالاً واضحاً على كيفية ضبط سلالة معينة من البكتيريا لإنتاج جسيمات ذات خصائص محددة، مثل الحجم والطلاء السطحي، وهي أمور ضرورية للاستخدام الزراعي. ورغم أن النتائج واعدة، إلا أن الباحثين يشيرون إلى أن هذا لا يزال في مرحلة مبكرة من الاستقصاء؛ حيث أجريت التجارب في بيئة مختبرية محكومة، وتم اختبار تركيز واحد فقط من الجسيمات النانوية. وسيتعين على العمل المستقبلي تحديد الجرعة المثلى لمختلف المحاصيل والتحقق من أن هذه الفوائد ستظل قائمة في الحقول والدفيئات في العالم الحقيقي. ومع ذلك، تقدم هذه الدراسة لمحة مقنعة عن مستقبل يمكن أن تساعد فيه بكتيريا المحيطات في حل التحديات الزراعية البرية، محولةً عنصراً قد يكون ساماً إلى أداة لمحاصيل أكثر صحة ومرونة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.