Research on Extracellular Polysaccharides and Purification of Bioselenium- enriched Nostoc flagelliforme

في الصحاري الشاسعة والمشمسة في العالم، يتشبث كائن حي مرن يُعرف باسم Nostoc flagelliforme بالحياة. يُطلق عليه غالبًا اسم "الشعر النباتي" أو "الطحلب الأسود"، وهذا البكتيريا الزرقاء القديمة هي أستاذة في البقاء، حيث يمكنها الجفاف تمامًا والعودة للحياة عند عودة الأمطار. وبينما تنمو، تفرز طبقة واقية لزجة في محيطها. تتكون هذه الطبقة من السكريات المتعددة خارج الخلوية، وهي في الأساس سلاسل طويلة ومعقدة من جزيئات السكر. لطالما عرف العلماء أن سلاسل السكر هذه قيمة؛ إذ يمكنها أن تعمل كمضادات أكسدة قوية، مما يساعد في تحييد الجزيئات الضارة في الجسم، وقد تساعد في تنظيم مستويات السكر في الدم.

في الوقت نفسه، يواجه البشر تحديًا غذائيًا صامتًا. فالسيلينيوم هو معدن زهيد لا يستطيع جسم الإنسان صنعه بمفرده؛ بل يجب أن نحصل عليه من طعامنا. وبدون وجود كمية كافية منه، قد يعاني الناس من مشكلات صحية خطيرة، تتراوح من أمراض القلب إلى أنواع معينة من السرطان. وبينما تحتوي بعض النباتات والحيوانات على السيلينيوم بشكل طبيعي، إلا أن الكميات غالبًا ما تكون صغيرة جدًا أو غير متسقة للاعتماد عليها. وقد دفع هذا الباحثين للبحث عن طرق لـ "إغناء" المواد الطبيعية بالسيلينيوم، وتحويلها إلى أدوات غذائية أكثر قوة. والهدف هو إيجاد طريقة لربط السيلينيوم بسلاسل السكر المفيدة هذه، لإنشاء مركب يقدم أفضل ما في العالمين: الفوائد الصحية للسكر والتغذية الأساسية للمعدن.

وضع فريق من الباحثين في جامعة تشينغهاي العادية في الصين هدفهم لحل هذا اللغز باستخدام البكتيريا الزرقاء الصحراوية كمختبر لهم. أرادوا إيجاد الوصفة المثالية لنمو هذه الكائنات بحيث تمتص السيلينيوم وتدمجه في إفرازاتها السكرية بشكل طبيعي. لم تكن العملية بسيطة مثل مجرد إضافة المزيد من السيلينيوم إلى الماء؛ فقد اكتشف العلماء أن كمية السيلينيوم، وعدد مرات إضافته، واليوم المحدد الذي يتم فيه تقديمه خلال دورة النمو، كلها عوامل تحدث فرقًا هائلًا. فإذا أضافوا الكثير من السيلينيوم، ستتعرض الطحالب للإجهاد وتتوقف عن النمو، أو حتى تموت. وإذا أضيف في الوقت الخطأ، فلن تمتص الطحالب السيلينيوم بكفاءة.

من خلال سلسلة من التجاروهات الدقيقة، اختبر الفريق تركيزات مختلفة من سيلينيت الصوديوم، وهو شكل شائع من السيلينيوم المستخدم في الأبحياء. ووجدوا أن الكمية المعتدلة هي المفتاح. فعندما أضافوا 30 ملليجرامًا من السيلينيوم لكل لتر من الماء، ازدهرت الطحالب، وأنتجت كلوروفيل أكثر ونمت بشكل أكبر مقارنة بتلك الموجودة في الماء العادي. ومع ذلك، فإن زيادة الجرعة إلى 35 ملليجرامًا أو أكثر بدأت تضر الطحالب، مما أدى إلى عرقلة نموها وتقليل كمية السكر التي تنتجها. كما اختبر الباحثون ما إذا كانت إضافة السيلينيوم دفعة واحدة أو على جرعات صغيرة على مدار عدة أيام سيحدث فرقًا، ووجدوا أن الإضافة الواحدة لمرة واحدة كانت أفضل بكثير من تقسيم الجرعة. وأخيرًا، نظروا في التوقيت؛ حيث وجدوا أن إضافة السيلينيوم في اليوم السادس من دورة النمو، عندما تكون الطحالب في أكثر مراحل توسعها نشاطًا، أعطى أفضل النتائج. سمح هذا التوقيت المحدد للطحالب بامتصاص المعدن بشكل أكثر فعالية، مما أدى إلى إنتاج سكر يحتوي على 364.66 ميكروجرام لكل جرام وكفاءة استخدام بلغت 62.20 بالمائة.

بمجرد تحديد هذه الوصفة المثالية، بدأ الباحثون في حصاد السكر الغني بالسيلينيوم وبدأوا في تنقيته. استخدموا عملية تشبه تصفية القهوة، حيث مرروا الخليط عبر أعمدة تفصل جزيئات السكر بناءً على حجمها وشحنتها الكهربائية. قامت هذه العملية بإزالة الشوائب وتركت لهم مكونًا نقيًا واحدًا أطلقوا عليه اسم B-Se-EPS-1. وعندما فحصوا هذه المادة المنقاة، وجدوا أنها تغيرت بطرق رائعة. فبموجب مجهر قوي، بدا السكر الأصلي ناعمًا ومسطحًا، بينما بدا النسخة المعززة بالسيلينيوم خشنة ومجعدة، مثل ورقة مجعدة. اقترح هذا التغيير في الملمس أن السيلينيوم قد اندمج بنجة في البنية الجزيئية، مما غير كيفية تراص الجزيئات معًا.

أكد التحليل الكيميائي أن السيلينيوم أصبح الآن جزءًا من الجزيء. فقد رصد الباحثون اهتزازات محددة في الروابط الكيميائية لا تظهر إلا عندما يرتبط السيلينيوم بالأكسجين والكربون، مما أثبت أن المعدن قد تم نسجه بنجًا في سلسلة السكر. كما قاموا بقياس حجم الجزيئات ووجدوا أن النسخة المعززة بالسيلينيوم أصغر وأكثر استقرارًا في الماء من النسخة الأصلية. وهذا الاستقرار أمر بالغ الأهمية لأنه يعني أن المادة أقل عرضة للتكتل وأكثر قدرة على البقاء ذائبة، وهو أمر مهم لكيفية امتصاص الجسم لها.

جاءت أهم النتائج عندما اختبر الفريق ما يمكن أن تفعله هذه المادة الجديدة بالفعل. فقد قارنوا السكر المعزز بالسيلينيوم بالسكر الأصلي غير المعدل لمعرفة ما إذا كانت إضافة المعدن قد جعلته أكثر قوة. كانت النتائج واضحة ومتسقة؛ فالنسخة المعززة بالسيلينيوم كانت مقاتلًا أقوى بكثير ضد الجذور الحرة، وهي الجزيئات غير المستقرة التي تسبب تلف الخلايا وتسرع الشيخوخة. فعند تركيز معين، قامت بتحييد جذور الهيدروكسيل بنسبة 52.04 بالمائة، وهو ما يتفوق بشكل كبير على السكر غير المعدل. كما كانت أكثر فعالية ضد جذور السوبر أكسيد، حيث أزالتها بنسبة 70.96 بالمائة. علاوة على ذلك، أظهر السكر المعزز قدرة ملحوظة على منع الإنزيمات التي تكسر الكربوهیدرات إلى سكر، وهي آلية رئيسية في إدارة مستويات الجلوكوز في الدم؛ حيث ثبطت هذه الإنزيمات بمعدلات تقترب من 80 بالمائة لنوع واحد وأكثر من 83 بالمائ% لنوع آخر، متجاوزة بذلك أداء السكر الأصلي بمراحل.

توضح هذه الدراسة أنه من خلال التحكم الدقيق في البيئة التي تنمو فيها هذه الطحالب الصحراوية، يمكن للعلماء تحويل مادة طبيعية إلى حامل عالي الكفاءة للمواد الغذائية الأساسية. لم يكتفِ الباحثون بإنشاء مكمل للسيلينيوم فحسب، بل ابتكروا نوعًا محددًا من السيلينيوم العضوي المرتبط بسلسلة سكر يكون أكثر استقرارًا، وأكثر ذوبانًا، وأكثر نشاطًا بيولوجيًا من نظيره الطبيعي. وبينما لا تزال هذه العمل في مرحلة المختبر، إلا أنها توفر مسارًا واضحًا وقابلًا للتكرار لإنتاج مواد غنية بالسيلينيوم ذات قيمة عالية. وهي تشير إلى طريق للمضي قدمًا في تطوير الأطعمة الوظيفية أو المكملات الغذائية التي يمكن أن تساعد في معالجة نقص السيلينيوم بطريقة طبيعية وفعالة للغاية. وتؤكد الدراسة أنه مع الظروف المناسبة، يمكن توجيه المصانع المجهرية الخاصة بالطبيعة لإنتاج مركبات ذات فوائد صحية معززة، مما يسد الفجوة بين الطحالب البسيطة وعلوم التغذية المعقدة.