با استفاده از باکتری های نوترکیب جلوگیری از آلودگی محیط زیست

فعالیت های صنعتی و كشاورزی باعث آزاد شدن فلزات سنگین و سمی در محیط می شوند. این فلزات حیات اكوسیستم ها و سلامتی انسان را به مخاطره می اندازند. باكتری ها می توانند كاتالیزكننده حالت سمی فلزات به حالت های غیرسمی یا كم تحرك آنها باشند. مثلاً احیای مستقیم Cr(iv) (سمی و محلول) به Cr(III) (كمتر سمی و نامحلول)، اكسیداسیون Mn(II)، انتقال فعال جیوه به خارج سلول توسط اپران mer و زیست درمانی به معنی استفاده از این موجودات در پاكسازی محیط از آلودگی هاست.
می توان سویه های باكتری مهندسی شده ای ایجاد كرد كه توانایی زیادی در تجمع یون های فلزی داشته باشند. تلاش هایی كه در این راستا انجام شده شامل بیان بالای پپتیدها یا پروتئین هایی نظیر پلی هیستیدین ها یا متالوتیونین ها است كه به فلزات متصل می شوند.
فایتوكلاتین ها، كلات كننده های بیولوژیكی فلزات سنگین هستند كه وجود آنها در گیاهان و بعضی موجودات دیگر (مخمرها و نوعی نماتد) اثبات شده است.
در گیاهان از ریشه به ساقه و برگ ها منتقل شده، باعث افزایش تجمع فلزات سنگین در برگ های گیاه می شوند. PCها، پپتیدهای غنی از سیستئین هستند كه در پاسخ به تنش فلزات سنگین ساخته می شوند. آنزیم دست اندركار سنتز، PC سنتتاز (EC۲.۳.۲.۱۵) است كه این پپتید را از گلوتاتیون می سازد.
گلوتاتیون منبع اصلی تیول های غیرپروتئینی در بیشتر سلول های گیاهی است و نقش دهنده و پذیرنده الكترون را در بسیاری واكنش های بیولوژیكی ایفا می كند. طبیعت نوكلئوفیلی گروه تیول، در تشكیل باندهای مركاپتید و واكنش با الكتروفیل های انتخابی اهمیت به سزایی دارد. این واكنش به همراه پایداری نسبی و حلالیت بالای گوتاتین در آب، آن را برای حفظ گیاهان از تنش های محیطی از جمله تنش فلزات سنگین مناسب می كند.
گلوتاتیون همچنین در سم زدایی از تركیبات آلی نقش دارد، یكی دیگر از وظایفی كه برای آن پیشنهاد شده است نقش آن در چرخه سلولی است به این ترتیب كه با افت مقدار گلوتاتین تقسیم سلولی در مریستم هایی غیر از مریستم ریشه كاهش می یابد. گلوتاتیون، همچنین در تشكیل آنتوسیانین ها و تجمع آنها در واكوئل نیز نقش دارد.
این مولكول توسط آنزیم فایتوكلاتین سنتاز در سیتوسول پلیمریزه شده و فایتوكلاتین را به وجود می آورد. وقتی سلول های گیاهی با مخمرها در معرض فلزات سنگین قرار می گیرند، شروع به تولید فایتوكلاتین می كنند. فایتوكلاتین تكرارهای nتایی ۲ تا ۱۱ تایی از دی پپتید Glu-Cys است كه در انتها به یك باقیمانده Gly ختم می شود. فایتوكلاتین با فلزات سنگینی از جمله كادمیم، نقره، مس و نیز آرسنیت تشكیل كمپلكس می دهد. همسانه سازی ژن های PC سنتاز از گندم، آرابیداپسیس و اخیراً نوعی نماتد انجام و نقش قطعی آنها در سم زدایی از فلزات سنگین به اثبات رسیده است.
سنتز آنزیمی PCها باعث افزایش كاربرد آنها در زیست فناوری شده است. اولاً PCها برخلاف متالوتیونئین ها تركیباتی پایدار بوده، دستخوش پروتئولیز شدید قرار نمی گیرند. ثانیاً در مقایسه با متالوتیونئین ها، ظاهراً توانایی انتخاب فلزات را دارند و مخصوصاً به Cd و Cuمتصل می شوند. زمانی كه باكتری های با Cd یا سایر فلزات سنگین (Cu، Ag، Cu )تیمار می شوند، سنتز Pc، احتمالاً به علت فعال شدن PC سنتاز، به مقدار زیادی افزایش می یابد. سنتز PC همچنین ممكن است توسط بیان بالای آنزیم های مسیر بیوسنتزی خود، مثلاً آنزیم هایی كه در سنتزگلوتاتیون یا سیستئین شركت دارند بهینه شود. البته مقدار گلوتاتیون احتمالاً بیش از هر منبع دیگری میزان سنتز PC را محدود می كند.
از موارد ذكر شده فوق می توان چنین استنباط كرد كه بیان بالای PC سنتاز در سویه های باكتریایی راهی مطمئن برای اصلاح مقادیر فلزات سنگین مثل Cd یا متالوئیدهایی مثل As در پروسه های زیست درمانی است. مثلاً ممكن است سویه های باكتریایی كه برای تشكیل بیوفیلم ها یا رشد در بیوراكتورها سازگار شده اند در پاكسازی آب ها از آلودگی استفاده شوند، یا باكتری های خاكزی كه PC سنتاز در آب ها بیان می شود در توسعه بیوفیلترها به كار روند. در این حالت، PCها با فلزات سنگین خاك های آلوده تركیب شده منجر به كاهش اثرات سمی آنها در رشد گیاهان می شوند. این مسئله اخیراً در توتون مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین بیان بالای PC سنتاز درگیاهان، به علت كلات كردن فلزات، كاربرد بالقوه آنها را در پروسه های گیاه درمانی افزایش می دهد.

منبع : بنیاد آینده نگر ایران