A Halophilic Arsenite-Oxidizing Bacterium from the Lut Desert: Oceanobacillus picturae strain LW102 as a Promising Candidate for Arsenic Bioremediation

الزرنيخ هو سم صامت موجود في الأرض، لكنه يتحول إلى أزمة صحة عامة عندما يتسرب إلى الماء والتربة. وفي شكله الأكثر شيوعاً في الطبيعة، يوجد كمادة سامة تشبه السائل تلتصق بقوة بالبروتينات داخل الخلايا الحية، مما يعطل وظيفتها ويسبب أمراضاً شديدة. وبينما تقدم الطبيعة وسيلة لتحييد هذا التهديد عبر تحويل الشكل القاتل إلى شكل أقل ضرراً يمكن للجسم التخلص منه بسهء أكبر، إلا أن هذه العملية الطبيعية غالباً ما تكون بطيئة جداً لتنظيف المواقع الملوثة. لطالما بحث العلماء في البكتيريا كحل، آملين في العثور على عمال مجهريين يمكنهم تسريع عملية إزالة السموم هذه. ومع ذلك، لا يزال هناك عقبة رئيسية: فالعديد من المواقع الملوثة هي أيضاً مالحة للغاية، مثل المسطحات الملحية أو مياه الصرف الصناعي، وهي بيئات لا تستطيع معظم البكتيريا العادية البقاء فيها على قيد الحياة. إن العثين على ميكروب يمكنه التعامل مع كل من السم والملح هو المفتاح لتنظيف هذه الأماكن الصعبة.

في المساحة القاحلة واللاهبة لصحراء لوت في إيران، اكتشف الباحثون بالضبط مثل هذا الميكروب. سافر الفريق إلى هذه المنطقة النائية، المعروفة بحرارتها الشديدة وملوحتها العالية، لجمع عينات تربة من الأرض. ومن هذه العينات، عزلوا بكتيريا محددة، أطلقوا عليها اسم Oceanobacillus picturae سلالة LW102. هذا الكائن هو "مُحِب للملح" (halophile)، مما يعني أنه لا يتحمل مستويات الملح العالية فحسب، بل يتطلبها فعلياً للنمو. واختبر الباحثون قدرة هذه البكتيريا على تحمل المعادن الثقيلة ووجدوا أنها تمتلك مرونة مذهلة؛ فقد استطاعت البقاء في محاليل تحتوي على كميات هائلة من الزرنيخ، بما في ذلك تركيزات من "الزرنيخات" تصل إلى 800 ميلي مولار و"الزرنيت" تصل إلى 30 ميلي مولار. كما أظهرت مقاومة قوية للمعادن السامة الأخرى مثل الكادميوم والسيلينيوم، حيث نجت في بيئات قد تقتل معظم أشكال الحياة الأخرى.

ولفهم كيفية تعامل هذه البكتيريا مع مثل هذه البيئة السامة، وضعها العلماء في مرق مالح يحتوي على "الزرنيت"، وهو الشكل الأكثر خطورة لهذا المعدن. وراقبوا عن كثب ليروا كيف ستتفاعل البكتيريا. أظهرت النتائج أن البكتيريا لم تكتفِ بالبقاء على قيد الحياة فحسب، بل عملت بنشاط على إزالة سمية الماء. ففي غضون 48 ساعة، قامت البكتيريا بتحويل حوالي 80 بالمائة من "الزرنيت" السام إلى شكل "الزرنيخات" الأقل سمية. هذا التحول هو خطوة حاسمة في المعالجة الحيوية، وهي عملية استخدام الكائنات الحية لتنظيف التلوث. وأشار الباحثون إلى أنه بينما لم تختفِ الكمية الإجمالية للزرنيخ في الماء، إلا أن طبيعته تغيرت، مما جعله أقل ضرراً بشكل كبير على النظام البيئي.

ثم نظر الفريق داخل البكتيريا ليرى ما يحدث على المستوى المجهري. وباستخدام مجاهر قوية، لاحظوا أن الخلايا لم تغير شكلها أو حجمها عند تعرضها للسم، مما يشير إلى امتلاكها نظام دفاع قوي. ومع ذلك، عندما فحصوا الخلايا بجهاز كاشف للطاقة، وجدوا آثاراً للزرنيخ على سطح البكتيريا. والأهم من ذلك، رأوا داخل الخلايا بقعاً داكنة وكثيفة حيث تراكم المعدن. وهذا يشير إلى أن البكتيريا تستخدم استراتيجية ثنائية المسار: فهي تغير السم إلى شكل أكثر أماناً، ثم تخزن المادة السامة المتبقية في جيوب محددة داخل جسمها، مما يبقيها بعيداً عن الآلات الحيوية للخلية.

وكشف تحليل إضافي لسطح البكتيريا أنها مغطاة بمجموعات كيميائية تعمل مثل "الأيدي اللاصقة"، حيث تمسك بجزيئات الزرنيخ. تحدث هذه التفاعلات على الغلاف الخارجي للخلية، مما يساعد على سحب السم للداخل أو تثبيته في مكانه قبل معالجته. وتؤكد الدراسة أن هذه السلالة المحددة من Oceanobacillus picturae مناسبة بشكل فريد للبيئات التي يتواجد فيها الملح والزرنيخ معاً. ولأنها تزدهر في الظروف عالية الملوحة حيث تفشل طرق التنظيف الأخرى، فإنها تقدم أداة واعدة لاستعادة التربة والمياه المالحة الملوثة. ويشير الباحثون إلى أنه بينما لا يزال هناك حاجة لمزيد من العمل لفهم التعليمات الجينية الدقيقة التي تسمح لهذه البكتيريا بالقيام بهذه الإنجازات، فإن قدرتها الطبيعية على البقاء وإزالة السموم تجعلها مرشحاً قوياً لمشاريع التنظيف البيئي المستقبلية في بعض أقسى المناظر الطبيعية في العالم.