Production and Antibacterial Activity of a Biosurfactant from Schizosaccharomyces pombe Grown on Waste Soybean Oil and Corn Steep Liquor

ملخص تقني: إنتاج والنشاط المضاد للبكتيريا لسطح خافض للتوتر السطحي حيوي من خميرة Schizosaccharomyces pombe

بيان المشكلة
يتزايد الطلب العالمي على المواد الخافضة للتوتر السطحي (surfactants)، ومع ذلك، تثير المواد المشتقة من البتروكيماويات مخاوف بيئية كبيرة بسبب استمراريتها وسميتها. وبينما توفر المواد الخافضة للتوتر السطحية الحيوية بديلاً قابلاً للتحلل الحيوي ومنخفض السمية، فإن اعتمادها الصناعي يعوقه ارتفاع تكاليف الإنتاج، لا سيما فيما يتعلق بالمواد الخام (10-30% من التكلفة الإجمالية) وعمليات الاسترداد اللاحقة (تصل إلى 60%). علاوة على ذلك، فإن قدرة إنتاج المواد الخافضة للتوتر السطحية الحيوية في خميرة الانقسام Schizosaccharomyces pombe والخصائص المحددة المضادة للبكتيريا لمستخلصاتها لا تزال غير موصفة بدقة مقارنة بالمنتجات البكتيرية مثل Pseudomonas و Bacellas. تعالج هذه الدراسة التحدي المزدوج المتمثل في استخدام ركائز نفايات منخفضة التكلفة للإنتاج وتقييم القدرة المضادة للبكتيريا للمستخلص الناتج.

المنهجية
استخدمت الدراسة عزلة نقية من S. pombe تمت زراعتها في وسط إنتاج يتكون من 1.0% (وزن/حجم) من زيت الصويا المستهلك و1.0% (وزن/حجم) من مستخلص نواتج تقطير الذرة كمصادر للكربون والنيتروجين، على أن يتم ضبط الرقم الهيدروجيني عند 6.8. حُضنت المزارع عند درجة حرارة 28 مئوية مع تحريك بسرعة 150 دورة في الدقيقة لمدة 120 ساعة.

بعد الزراعة، تم استرداد المادة الخافضة للتوتر السطحي عبر الخطوات التالية:

1. الاستخلاص: تم تحميض المرق الخالي من الخلايا إلى رقم هيدروجيني 2.0 باستخدام 6 مولار من حمض الهيدروكلوريك (HCl)، وحُفظ طوال الليل عند 4 درجات مئوية، ثم استُخلص ثلاث مرات باستخدام إيثيل الأسيتات. جُففت المرحلة العضوية وأُزيل المذيب تحت ضغط منخفض.
2. التنقية الجزئية: أُعيد تعليق المستخلص المجفف في ثنائي كلورو ميثان وتم تقسيمه. تم تقييم التنقية الجزئية عبر كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة (TLC) على ألواح السيليكا باستخدام نظام مذيب مكون من الكلوروفورم والميثانول والماء. تم فحص الأجزاء باستخدام النينهيدرين (للبروتينات) وبخار اليود (للدهون).
3. اختبارات النشاط:
   • النشاط السطحي: تم تقييمه عبر اختبار إزاحة الزيت ومؤشر الاستحلاب (E24) مقابل أربعة أنواع من الزيوت: الزيت النباتي، وزيت جوز الهند، وزيت الفول السوداني، وزيت الزيتون.
   • النشاط المضاد للبكتيريا: تم تقييمه ضد أربعة عزلات بكتيرية (Staphylococcus aureus، و Salmonella typhi، و Escherichia coli، و Shigella dysenteriae) باستخدام طريقة الانتشار في الآبار (agar-well diffusion) عند تركيزات 25 و50 و100 ملجم/مل. استُخدم السيبروفلوكساسين كعامل مرجعي.
   • تحديد التركيز المثبط الأدنى (MIC): تم تقدير التركيز المثبط الأدنى عبر التخفيف المتسلسل في المرق.

النتائج الرئيسية

• النشاط السطحي: أنتج المستخلص الخام منطقة إزاحة زيت بمقدار 29 ملم، مما يؤكد الخصائص النشطة سطحياً. تراوح مؤشر الاستحلاب (E24) باختلاف الركيزة، من 27.8% (زيت الفول السوداني) إلى 56.4% (الزيت النباتي)، مع 51.6% لزيت جوز الهند و44.6% لزيت الزيتون.
• التوصيف الكيميائي: كشف تحليل TLC باستخدام بخار اليود عن بقعة بنية، مما يشير إلى وجود جزء يحتوي على الدهون. وأشار المؤلفون صراحةً إلى أن هذه النتيجة تدعم وجود الدهون ولكنها غير كافية لتحديد بنية فوسفوليبيدية محددة أو هوية جزيئية دون مزيد من التوصيف (مثل FTIR أو NMR أو مطيافية الكتلة).
• النشاط المضاد للبكتيريا:
  • لوحظ تثبيط ملموس ضد جميع العزلات الأربع عند تركيزي 100 و50 ملجم/مل.
  • عند تركيز 25 ملجم/مل، ظل التثبيط قابلاً للكشف فقط لـ E. coli و S. aureus.
  • لم يتم تسجيل أي نشاط عند تركيز 12.5 أو 6.25 ملجم/مل.
  • بناءً على ذلك، قُدّر التركيز المثبط الأدنى (MIC) عند 25 ملجم/مل لكل من E. coli و S. aureus في ظل ظروف الاختبار المحددة المستخدمة.
• المقارنة مع السيبروفلوكساسين: في ظروف اختبار محددة، أنتجت المادة الخافضة للتوتر السطحي الحيوية مناطق تثبيط أكبر من السيبروفلوكساسين ضد E. coli و S. dysenteriae عند 100 ملجم/مل، بينما أظهر السيبروفلوكساسين مناطق أكبر ضد S. typhi و S. aureus. وقد حذر المؤلفون من أن هذه الاختلافات هي ملاحظات وصفية لإعداد الاختبار المحدد ولا تشكل دليلاً على التفوق في الفعالية نظراً لغياب التركيزات المعيارية والتكرار الإحصائي.

الأهمية والادعاءات
تقدم الورقة أدلة أولية على أن S. pombe يمكنها إنتاج مستخلص نشط سطحياً عند نموها على ركائز نفايات منخفضة التكلفة (زيت الصويا المستهلك ومستخلص نواتج تقطير الذرة). وتشير النتائج إلى أن سلالة الخميرة هذه تولد مركبات قادرة على استحلاب الزيوت المختلفة وإظهار نشاط مضاد للبكتيريا يعتمد على التركيز ضد عزلات بكتيرية مختارة.

حافظ المؤلفون على موقف متواضع فيما يتعلق بتداعيات الدراسة:

• الإنتاج: توضح الدراسة الإنتاج تحت مجموعة واحدة من الظروف بدلاً من عملية محسنة.
• الهوية الكيميائية: تم تحديد المكون النشط فقط كـ "جزء يحتوي على دهون"؛ ولم يتم تحديد بنية كيميائية نهائية (مثل جليكوليبيد أو فوسفوليبيد محدد).
• الإمكانات العلاجية: رغم ملاحظة النشاط المضاد للبكتيريا، لم توضح الدراسة ملفات المقاومة للعزلات المختبرة أو آلية العمل. لذلك، لا تثبت البيانات أن المستخلص يتغلب على مقاومة المضادات الحيوية أو أنه مناسب للتطبيقات السريرية أو الصيدلانية أو التجميلية دون اختبارات إضافية للسلامة والفعالية.
• الجدوى الصناعية: بينما يمثل استخدام ركائز النفايات استراتيجية منطقية منخفضة التكلفة، لا يمكن استنتاج الجدوى الصناعية من هذه الدراسة بسبب غياب بيانات تحديد العائد، وكفاءة الاسترداد، وتقييم الأداء عند التوسع في الإنتاج.

تخلص الدراسة إلى أنه بينما تعد النتائج مشجعة، فإن العمل المستقبلي الذي يتضمن تجارب مكررة، واختبارات مضادة للميكروبات معيارية، وتحديداً كمياً للعائد، وتوصيفاً كيميائياً شاملاً، مطلوب لتأكيد تكوين المنتج وقوته وإمكانات تطبيقه.