Functional characterization and substrate interactions of spore coat protein A laccase from Bacillus velezensis ST15 for broad-spectrum mycotoxin transformation
تُظهر هذه الدراسة أن إنزيم "كوتا أ" (CotA laccase) معاد التركيب والمستخلص من بكتيريا "باسيلوس فيليزينسيس إس تي 15" (Bacillus velezensis ST15) يعمل بفعالية على تحويل سموم فطرية متعددة، بما في ذلك الركيزة الجديدة "ألتناريول ميثيل إيثر" (alternariol monomethyl ether)، إلى مشتقات أقل سمية في ظل ظروف مُحسّنة، مما يسلط الضوء على إمكاناته كعامل حفاز حيوي متعدد الاستخدامات لتطهير مصفوفات الأغذية والأعلاف من السموم.
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 العفن رفيقاً دائماً في عالم الزراعة، حيث ينمو على المحاصيل من الحقل إلى صوامع التخزين. وبينما يكون بعض العفن غير ضار، ينتج البعض الآخر سموماً كيميائية غير مرئية تسمى "السموم الفطرية" (mycotoxins). يمكن لهذه المواد أن تظل باقية حتى بعد الطهي والمعالجة، لتستقر في الغذاء الذي نأكله وفي الأعلاف التي نقدمها للماشية. ومن بين أكثر هذه السموم خطورة هي سموم مثل "الأفلاتوكسين" (aflatoxin)، الذي يمكن أن يسبب تلفاً للكبد، و"الزيرالينون" (zearalenone)، الذي يخل بالتوازن الهرموني للجسم. ولأن هذه السموم مستقرة للغاية، فإن إزالتها أمر صعب؛ إذ تعتمد الطرق التقليدية غالباً على مواد كيميائية قاسية أو حرارة عالية، مما قد يؤدي إلى إتلاف جودة الغذاء أو ترك بقايا غير مرغوب فيها. ولطالماً بحث العلماء عن حل أكثر لطفاً، آملين في العثور على أداة بيولوجية يمكنها تفكيك هذه السموم بأمان، تماماً مثل مفتاح متخصص يتناسب مع قفل لتعطيل آلية ما.
وفي هذا البحث، وجه الباحثون اهتمامهم إلى نوع معين من البكتيريا الموجودة في طعام مخمر تقليدي من الصين. حيث عزلوا سلالة تسمى "باسيلوس فيليزينسيس إس تي 15" (Bacillus velezensis ST15)، والتي أظهرت قدرة طبيعية على تقليل مستويات بعض السموم في أنبوب اختبار. ولفهم كيفية عمل ذلك، فحص الفريق الشفرة الوراثية لهذه البكتيريا وحددوا جيناً معيناً مسؤولاً عن إنتاج إنزيم يسمى "كوت إيه لاكاز" (CotA laccase). يعمل هذا الإنزيم كآلة جزيئية قادرة على تغيير بنية المركبات الكيميائية. ثم قام الباحثون بأخذ التعليمات الخاصة بهذا الإنزيم، ونسخها في بكتيريا أخرى معروفة جيداً، وأنتجوا كمية كبيرة من البروتين النقي. وأطلقوا على هذه النسخة المنقاة اسم "آر كوت إيه" (rCotA).
وضع الفريق هذا الإنزيم تحت الاختبار ضد مجموعة مكونة من أربعة سموم فطرية مختلفة: الزيرالينون، والأفلاتوكسين B1، والألترناريول، والألترناريول ميثيل إيثر. وتختلف هذه السموم بشكل واسع في أشكالها الكيميائية وأصولها، مما يمثل طيفاً واسعاً من التهديدات الموجودة في الغذاء. وعندما خلط الباحثون الإنزيم النقي مع هذه السموم، لاحظوا تغيراً جذرياً؛ فقد نجح الإنزيم في تفكيك جميع السموم الأربعة دون الحاجة إلى أي مساعدات كيميائية إضافية، وهو إنجاز تعجز عنه العديد من الإنزيمات الأخرى. وقد عملت هذه العملية بشكل أفضل عندما تم الحفاظ على الخليط في درجة حرارة دافئة تتراوح بين 60 و70 درجة مئوية وفي بيئة قلوية قليلاً، وهي ظروف يسهل الحفاظ عليها في البيئات الصناعية.
بينما كان الإنزيم يعمل، لم يكتفِ بمجرد تدمير السموم، بل حولها إلى جزيئات جديدة وأبسط. وباستخدام تقنية "مطيافية الكتلة" المتقدمة، التي تقيس وزن الجزيئات لتحديد هويتها، تتبع الباحثون التغييرات. ووجدوا أن السموم الأصلية قد تحولت إلى نسخ "هيدروكسيلية"، مما يعني أن الإنزيم أضاف مجموعات الأكسجين والهيدروجين إلى بنية السموم. فعلى سبيل المثال، تحول الزيرالينون إلى شكل مضاف إليه مجموعة هيدروكسيل، وتحول الأفلاتوكسين B1 إلى مشتق معروف باسم "أفلاتوكسين Q1". وتشير الدراسات السابقة على إنزيمات مماثلة إلى أن هذه الأشكال الجديدة أقل سمية بكثير من الأصول، حيث تفقد الكثير من قدرتها على إلحاق الضرر بالخلايا أو تعطيل الهرمونات. ويشير هذا التحول إلى أن الإنزيم يعمل كمزيل للسموم، محولاً المركبات الخطيرة إلى مركبات أكثر أماناً.
ولفهم كيفية إمساك الإنزيم بمثل هذه السموم المختلفة، استخدم الباحثون عمليات محاكاة حاسوبية لنمذجة التفاعل. حيث بنوا تمثيلاً رقمياً للموقع النشط للإنزيم، وهو الجيب الذي يحدث فيه التفاعل الكيميائي، ووضعوا نماذج للسموم الأربعة بداخله. وأظهرت عمليات المحاكاة أن الجيب كان مرناً بما يكفي لاستيعاب الأشكال الأربعة. وقد تمسكت السموم من خلال مزيج من التجاذبات الكيميائية الضعيفة، مثل الروابط الهيدروجينية والاتصالات الكارهة للماء، وهي القوى التي تسمح للجزيئات بالالتصاق ببعضها البعض دون تكوين روابط دائمة. ويفسر هذا المرونة الهيكلية سبب قدرة إنزيم واحد على التعامل مع هذه المجموعة المتنوعة من السموم، وهي سمة نادرة بين المحفزات البيولوجية.
كما اختبر الباحثون الإنزيم في بيئة أكثر واقعية، باستخدام مواد نباتية حقيقية تلوثت طبيعياً بهذه السموم. فقد عالجوا عينات من ثمار التوت وبذور الزيزيفوس، وهي مواد شائعة في الغذاء والدواء، بالإنزيم. وحتى في هذه الخلطات المعقدة، حيث توجد مواد كيميائية نباتية أخرى، نجح الإنزيم في تقليل مستويات السموم. وتعد هذه النتيجة مهمة لأنها تظهر قدرة الإنزيم على العمل خارج المختبر النظيف، مما يشير إلى إمكانية استخدامه لمعالجة المنتجات الغذائية في العالم الحقيقي.
وبينما تؤكد الدراسة أن هذا الإنزيم يمكنه تفكيك هذه السموم المحددة وتشير إلى نتيجة أكثر أماناً، يلاحظ الباحثون أن سلامة نواتج التفكيك الجديدة لم تُختبر بالكامل في الكائنات الحية. ومع ذلك، يوفر العمل دليلاً قوياً على أن هذا الإنزيم البكتيري هو مرشح متعدد الاستخدامات لتطهير الإمدادات الغذائية. ومن خلال تحديد أداة بيولوجية واحدة يمكنها استهداف تهديدات متعددة في ظروف عملية، تمثل هذه الدراسة خطوة واعدة نحو أنظمة غذائية أكثر أماناً، والابتعاد عن المعالجات الكيميائية القاسية نحو حلول طبيعية ودقيقة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.