Enhanced eicosapentaenoic acid productivity in Microchloropsis salina through low-cost medium optimization and EMS-induced random mutagenesis
تُظهر هذه الدراسة أن الجمع بين تحسين الوسط الغذائي منخفض التكلفة والطفرات العشوائية المستحثة بواسطة كبريتات الإيثيل ميثان سلفونيت (EMS) يعزز بشكل كبير إنتاج حمض إيكوسابنتاينويك (EPA) في طحلب الميكروكلوروبسيس سالينا (Microchloropsis salina) البحري الأصلي، مما أدى إلى الوصول بسلالة طافرة ذات إنتاجية أعلى بكثير من الكتلة الحيوية ومركبات الـ EPA بجزء ضئيل من تكلفة المغذيات مقارنة بالأوساط القياسية.
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
المحيط مصدر شاسع للحياة، لكنه أيضاً مصدر هش. فعلى مدى عقود، اعتمد العالم على زيت السمك لتوفير حمض إيكوسابنتاينويك، وهو عنصر غذائي حيوي يُعرف باسم (EPA) يدعم صحة القلب والدماغ لدى البشر ويغذي صناعة الاستزراع المائي العالمية. ومع ذلك، أصبح الصيد للحصول على هذا المورد يزداد صعوبة؛ إذ تتقلب الإمدادات مع المواسم، وتواجه النظم البيئية البحرية ضغوطاً متزايدة، كما يمكن للزيت نفسه أن يتدهور أو يتراكم فيه ملوثات غير مرغوب فيها. لطالما بحث العلماء في العالم المجهري عن بديل، حيث تُعد الطحالب الدقيقة، التي تشكل قاعدة الشبكة الغذائية للمحيطات، مصانع طبيعية لهذه الأحماض الدهنية. ويمكن زراعتها في خزانات محكومة، مما يوفر إمداداً ثابتاً دون العبء البيئي للصيد الصناعي. ومع ذلك، ظل تحويل هذه الكائنات المجهرية إلى مصدر عملي وبأسعار معقولة لـ (EPA) تحدياً مستعصياً؛ فغالباً ما تنمو الطحالب ببطء شديد، أو تنتج كميات قليṙ من المغذيات المطلية، أو تتطلب غذاءً باهظ الثمن للبقاء على قيد الحياة، مما يجعل المنتج النهائي مكلفاً للغاية للاستخدام على نطاق واسع.
في دراسة حديثة، عالج باحثون من جامعة موكون في كوريا الجنوبية هذه المشكلة من خلال الجمع بين نهجين متميزين: إيجاد نوع الطحالب المناسب وإطعامه الطعام المناسب. بدأوا بالبحث في المياه الساحلية لجزيرة غوجي، بحثاً عن سلالة محلية من الطحالب الدقيقة يمكنها الازدهار اعتماداً على نظام غذائي رخيص يعتمد على الأسمدة. ومن مياه البحر، عزلوا عدة مرشحين وحددوا نوعاً واحداً، وهي فصيلة تسمى (Microchloropsis salina)، أظهرت جوعاً خاصاً لمزيج مغذٍ منخفض التكلفة مشتق من السماد الزراعي. نمت هذه السلالة المحددة بشكل جيد عند تغذيتها بمحلول بسيط من هذا السماد وملح البحر، وهو مزيج أطلق عليه الباحثون اسم "وسط ES". كانت هذه خطوة أولى حاسمة، حيث أثبتت أنه يمكن إنتاج عنصر غذائي عالي القيمة دون الاعتماد على المواد الكيميائية المكررة والباهظة التي تُستخدم عادة في المختبرات. وقد حُسبت تكلفة العناصر الغذائية المطلوبة لإنتاج جرام واحد من (EPA) في هذا الوسط الجديد لتكون أقل بنحو عشر مرات من الوصفات المختبرية القياسية.
ومع ذلك، فإن لأفضل أنواع الطحالب حدوداً أيضاً. فالسلالة الأصلية، رغم كفاءتها، لم تنتج كمية كافية من (EPA) لتكون منافسة حقاً. ولدفع أدائها إلى أبعد من ذلك، لجأ الباحثون إلى تقنية كلاسيكية تُعرف باسم "الطفرات العشوائية". فقد عرضوا الطحالب لعامل كيميائي قام بتغيير شفرتها الوراثية بلطف، مما خلق آلاف الاختلافات الطفبية. ومن بين مجموعة الخلايا المعدلة هذه، بحثوا عن تلك التي أصبحت بالصدفة أفضل في أداء عملها. قاموا بزراعة هؤلاء المرشحين في الوسط منخفض التكلفة وفحصهم بحثاً عن علامات النجاح: نمو أسرع، ومحتوى دهني أعلى، وقدرة أكبر على إنتاج العنصر الغذائي المستهدف. وبعد عدة جولات من الاختبارات، برزت سلالة واحدة متفوقة، أطلق عليها الباحثون اسم BSL(N)103-1.
وعندما تمت زراعة هذه السلالة الجديدة المتحورة في الوسط المحسن منخفض التكلفة، كانت النتائج مذهلة. فخلال فترة عشرة أيام، أنتجت المستنبت كمية هائلة من الكتلة الحيوية، أو إجمالي الكتلة الطحلبية، لتصل إلى تركيز 4.6 جرام لكل لتر. والأهم من ذلك، كان المحتوى الدهني داخل تلك الكتلة الحيوية مرتفعاً بشكل استثنائي، وكانت كمية (EPA) المنتجة تحديداً أكبر بكثير مما تستطيع السلالة الأصلية تحقيقه. أنتجت السلالة المتحورة (EPA) بمعدل 53.5 ملليجرام لكل لتر يومياً، وهو رقم أعلى بنحو ثلاثة أضعاف مما حققته السلالة الأصلية عند زراعتها في نفس الوسط منخفض التكلفة، وحوالي أربعة أضعاف ما حققته السلالة الأصلية عند زراعتها في الغذاء القياسي الباهظ الثمن. كما تم فحص التركيب الجيني لهذه السلالة المحسنة لفهم ما الذي تغير؛ حيث وجد الباحثون أكثر من 1,500 اختلاف في حمضها النووي مقارنة بالسلالة الأصلية، بما في ذلك نحو مائة تغيير من المرجح أن يكون لها تأثير كبير على وظيفة الخلية. ورغم أن الدراسة لم تحدد بالضبط أي تغيير واحد تسبب في هذا التحسن، إلا أن الخريطة الجينية توفر قائمة من المرشحين للتحقيقات المستقبلية.
إن نجاح هذا المشروع يكمن في كيفية ربط الباحثين بين الكائن الحي وبيئته. فهم لم يحاولوا ببساطة إجبار الطحالب على العمل بجهد أكبر، بل وجدوا أولاً سلالة تحب الطعام الرخيص بطبيعتها، ثم قاموا بتحسين تلك السلالة المحددة لتزدهر فيه. لم تكتفِ السلالة المتحورة الناتجة بالنمو بشكل أسرع فح، بل غيرت أيضاً كيمياءها الداخلية، محولةً ملف أحماضها الدهنية ليحتوي على نسبة أعلى من (EPA) المطلوب. يوضح هذا النهج أن الإنتاج المستدام لا يتطلب دائماً هندسة وراثية معقدة أو تكنولوجيا باهظة الثمن. فمن خلال المطابقة الدقيقة بين كائن محلي صلب ونظام غذائي مبسط واقتصادي، ثم استخدام تقنيات التربية التقليدية لتعزيز قدراتها الطبيعية، أنشأ الفريق نظاماً يتسم بالإنتاجية والقدرة على تحمل التكاليف. وتخلص الدراسة إلى أن هذه الاستراتيجية المتكاملة تقدم مساراً قابلاً للتطبيق لإنتاج العناصر الغذائية الأساسية من البحر، محولةً طحلبًا مجهريًا إلى مصدر موثوق ومنخفض التكلفة للصحة في المستقبل.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.