الكاتب: Habiba Hisham

عالم جديد تقدمه تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الطحالب

تُعرف التكنولوجيا الحيوية “Biotechnology” أنَّها تطبيق المعرفة بالأنظمة الحيوية والكائنات الحية واستخدام مكوناتها لأغراض صناعية وزراعية وطبية وغذائية. ولكن كيف للطحالب أن تغير عالمنا؟ وكيف سينشأ عالم جديد من تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الطحالب ؟

ما هي أهمية التكنولوجية الحيوية للطحالب؟

• تستخدم الطحالب كمصدر للطاقة المتجددة، فتنتج بعض أنواع الطحالب مثل الـ Dunalleita و Gracilarla و Sargassum أنواعًا من الوقود مثل الديزل والبنزين والميثان والبيوتانول والإيثانول ووقود الطائرات.
• يمكن استخدام الطحالب للحد من الغازات الدفيئة وللتخفيف من ثاني أكسيد الكربون.
• تعد الطحالب مصدرًا رخيصًا لمعالجة مياه الصرف وإنتاج الغاز الحيوي.
• تُستخدم الطحالب المعدلة وراثيًا لتعزيز إنتاج الوقود الحيوي وكمصدر للبروتين والأغذية الغنية بالفيتامينات والأعلاف.
• تُستخدم كسماد حيوي للمحاصيل وكمصدر غني للنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم واللودن والحديد والكالدوم والسيليكا والفيتامينات.
• يمكن استخدام الطحالب في معالجة المبيدات الحشرية ومعالجة المعادن الثقيلة.
• تستخدم في تكوين الخلايا الحيوية الشمسية.
• تقدم كغذاء مثل Alaria ، Laminara ، Sargassum ، وتعد البورفيرا طعامًا مشهوراً في اليابان وأوروبا.
• تُستخدم مواد تخزين الطحالب مثل النشا والجيلاتين والدهون كعوامل هلامية في الجيلي والآيس كريم والحلويات.
• للطحالب أهمية علاجية، إذ يعد الكلوريلين من الكلوريلا مضاد حيوي واسع المدى.

كيفية زراعة الطحالب

تعتبر زراعة الطحالب رخيصة مقارنة بالمحاصيل الاقتصادية الأخرى. حيث لا تتطلب أراضٍ معدة وخصبة لنموها. يمكن أن تنمو الطحالب في الأراضي ذات القيمة الزراعية المنخفضة. كما تنمو في مياه الصرف الصحي أو حتى مياه صرف المفاعلات النووية. يمكن زراعتها في البرك المفتوحة.

يمكن للطحالب أيضًا أن تنمو في المختبر، في ظل ظروف معقمة ومعايير فيزيائية مضبوطة مثل درجة الحموضة ودرجة الحرارة وشدة الضوء. يمكن زراعتها في مرق أو في وسط مُكمل بالمغذيات الدقيقة مثل المغنسيوم والنترات والكالسيوم والحديد.

تطبيقات على الأهمية التكنولوجية الحيوية للطحالب

تطبيقات مضادة للملاريا

تعد الملاريا أحد الأسباب الرئيسية للوفيات في البلدان الاستوائية التي يتوطن فيها هذا المرض. حيث تسببه بعوضة «أنوفيليس» الأنثوية عند نقلها لطفيلي «البلاسموديوم فالسيباروم». والعلاج الموصى به للملاريا هو إدارة مزيج من الكلوروكين والبروغوانيل، والدوكسيكلين، والميفلوكين، والأتوفاكون. وعلى مدى العقود القليلة الماضية، ظهرت مقاومة لجميع فئات الأدوية المضادة للملاريا باستثناء الأرتيميسينين. وتلك المقاومة هي المسؤولة عن الزيادة الأخيرة في الوفيات المتصلة بالملاريا، لا سيما في أفريقيا. يمكن السيطرة على ظهور المقاومة باستخدام الأيض الثانوي المستمد من الطحالب الدقيقة والطحالب الكلية والسيانوباكتيريا.

تطبيقات مضادّة للسرطان

يشكل السرطان السبب الرئيسي لوفاة البشر، وبالتالي فإن إيجاد عامل علاجي فعال لعلاج هذا المرض يشكل ضرورة ملحة. فاستخدمت الطحالب المجهرية التي تؤدي أنشطة مضادة للمخدرات مثل طحالب (Dunaliella tertiolecta)، والطحالب المجهرية (Chlorella ellipsoidea)، و(Phaeodactyum tricornutum)، و(Skeletonema spp). وما زال البحث جاريًا عن مرشحين مثاليين في مجال الميكروبات ينتجون هذه الجزيئات النشطة حيويًا. ومؤخراً، ذُكر أن ظروف المجهرية مثل كثافة الضوء، ودرجة الحرارة ، وتوافر المغذيات تؤثر على النشاط الحيوي المضاد للسرطان للطحالب المجهرية.

المصادر

1- biotecharticles
2-.frontiersin

رغم الفوائد والمنافع العديدة للطحالب إلا أن هناك بعض الأضرار السلبية التي يسببها البعض منها:

• موت الأسماك والكائنات البحرية
• الأمراض والوفاة للإنسان
• غلق المرشحات
• تآكل المنشئآت الخرسانية و المعدنية
• إنتاج السموم الطحلبية.

موت الأسماك والكائنات البحرية:

تفرز بعض الطحالب أنواعاً من السموم لحماية نفسها من الكائنات الأخرى كوسيلة للدفاع والسيطرة على البيئة المائية التى تعيش فيها. مثل بعض الطحالب الخضراء المزرقة Aphanizomenon و Anabaena و Micricystis، وأحياناً لا تكون الظروف مناسبة تماماً للنمو المثالي لهذه الطحالب فتكون نسبة إفرازها للسموم فى البيئة ضعيفة نسبياً ولا يسبب موت للكائنات ولكن يؤدي إلى فقد الوزن، الإعياء أو الإجهاد، الإجهاض والصدمات والتلف لخياشيم الأسماك.

الأمراض أو الوفاة للإنسان:

تنتج مختلف الطحالب التى تسبب الإزدهار الطحلبي نوعاً أو عدة أنواع من السموم كوسيلة للدفاع عن بيئتها، لكنها تؤثر على الجهاز العصبي(Neurotoxins) أو الكبدي(Hepatotoxins) للثدييات. ينتمي أكثر من 50 نوعًا للطحالب الخضراء المزرقة مثل:

• Anabaena flos-aquae
• Microcycstis
• aeruginosa
• Nodulari

تُفرز سموماً تؤثر على صحة الإنسان والحيوان خاصةً بفصل الصيف. وكذلك فالتعرض المباشر لتلك المركبات السامة جداً التى تفرزها بعض الطحالب النارية بالسباحة فى بيئتها أو من خلال تناول الأسماك التى تتغذى عليها قد يؤدي إلى وفاة الإنسان. ومن الممكن بعد استهلاك الأسماك التي تغذت على مثل هذه الطحالب النارية أن تحدث بعض الأعراض مثل الحكة أو حساسية الجلد القيء والجفاف وضيق التنفس والحمى والأورام وأحيانا تحدث الوفاة خلال دقائق إلى 12 ساعة من تناولها وقت تناولها أو التعرض لها. ولحسن الحظ لم تسجل بالعالم حتى الآن أي حوادث مماثلة عدا بعض شواطئ المكسيك التى تغطى هذه الطحالب عدة أميال مربعة منها وتؤدى لوفاة الأسماك. [1]

إنتاج السموم الطحلبية:

نظراً لتوافر ضوء الشمس في المياه السطحية ينتشر نمو و ازدهار الطحالب الخضراء المزرقة أو ما يطلق عليها «السيانوبكتيريا Cyanobacteria» و كأيّ كائن حي آخر يتولد من نشاطاتها الحيوية مقادير من المركبات الأيضية الثانوية ناتجة عن عمليات البناء و الهدم داخل الخلايا، و منها ما له أثر سام أو قاتل، و هو ما يطلق عليه «السموم الطحلبية Algal Toxin»، و بذلك تؤثر على جودة المياه بتغيير الطعم و الرائحة الى حدّ السميّة و الخطر. قد يرتبط انطلاق هذه المركبات السامة أحيانًا بموت الطحلب و تحلله و هذا يعني أن نظم معالجة المياه قد تتسبب في ذلك عند استخدام وسائل غير مناسبة لإزالة الطحلب، و هذه المركبات إذا انطلقت من الطحلب يصعب جداً إزالتها من الماء.

أكدت بعض الدراسات الحديثة على قدرة كبريتات الألمونيوم في ﺇزالة الطحلب بالترسيب و التخثير في محطات معالجة المياه مع ضمان عدم إطلاق السموم. يمكن أن تسبب العديد من أنواع الطحالب بتسميم مياه الشرب، منها :

• Anabaena spp
• Oscillatoria spp
• Microcysttis spp
• Phormidium spp
• Nostoc spp
• Nodularia spp
• Aphanizomenon
• Cylindrospermum

و من هذه النواتج الأيضية السامة: (Microcystins ،Hepatoxins) و التي ثبت قدرتها على إتلاف الكبد أو إحداث طفرات سرطانية في الكبد. علاوة على الكشف المجهري عن الطحالب في المياه فإن الكشف عن المركبات السامة الطحلبية و تحديد تراكيزها في مياه الشرب يعتبر من التحاليل غير الروتينية المهمة، العديد من الطرق استخدمت لرصد و تحديد تراكيز هذه السموم، كاستخدام الفصل الكروماتوجرافي TLC و HPLC و بعض الطرق المناعية كالإليزا. حيث يربط السم بجسم مضاد متعدد موجه ضد السم. و عموماً، فبالرغم من أن كثير من موارد الدول الخليجية المائية هى مياه جوفية غالباً، إلا أن مقادير من الطحالب قد تجدها في وحدات المعالجة أو حتى في فلاتر الماء التقليدية التي تلحق ببرادات الماء أو عند مدخل شبكة الماء في أفنية البيوت علاوة على السدود أو البحار في تلك الدول. [2]

غلق المرشحات:

تمر المياه في محطات معالجة مياه الشرب أثناء إحدى مراحل المعالجة على مرحلة التصفية. و التي يستخدم فيها الحصى و الرمل لترشيح المياه من الجسيمات الصلبة العالقة و المواد اللزجة خلال مرشحات رملية مكونة من حبيبات الرمل و الحصى بأحجام مختلفة. وخلال مرور الماء عبر حصى الترشيح تمتلىء المسافات بين الحصى، و تغلق المرشحات العادية خلال 30 الى 100 ساعة لإنسدادها و يجب إعادة تنشيطها بفتح المسام بتيارات عكسية من الهواء. فإذا كان مصدر الماء خزانات كبيرة أو بحيرة أو نهر، فإن الطحالب الموجودة بكمياتها المختلفة ستكون غالباً هي السبب الرئيسي في غلق و انسداد المرشحات. مما يخفض الزمن إلى أقل من 10 ساعات والذي يزيد من تكلفة التشغيل و إضاعة كثير من الوقت و الجهد. لذا فان الماء يحتاج إلى التخلص من هذه الطحالب بالترسيب قبل مروره على المرشحات، و بدون هذه المعالجة الأولية فإن المرشحات سوف تغلق و تصبح غير صالحة للاستعمال اقتصادياً. [3]

تآكل المنشئات الخراسانية و المعدنية:

الطحالب من الكائنات الحية النشطة و لهذا فإن كثيراً من أنواعها قد تسبب تغيراً كيميائياً أو فيزيائياً للمياه المتواجدة بها. فتساهم الطحالب بطريقة مباشرة في تآكل المنشئات الخراسانية و المعدنية في مناطق موضعية محددة و ذلك أثناء نموها. كما تساهم بطريقة غير مباشرة من خلال التغيرات الفيزيائية و الكيميائية التي تحدثها في المياه. حيث تعمل على زيادة ترسيبات المواد العضوية إلى قاع الماء و تغيير الرقم الهيدروجيني في الأحواض و الأنابيب.

المصادر
1-cleanwateraction
2-epa
3-eHow

إذا كنت من محبي السوشي فأنت بكل تأكيد تحب الطحالب، فما هي الطحالب وأنواعها؟ وما أهميتها في حياتنا؟

ما هي الطحالب وأنواعها؟

تُعرف الطحالب في لغة العلم بأنها نباتات بلا ساق أو جذر أو أوراق. وقد تكون وحيدة الخلية أو عديدتها، فهي نباتات مائية معقدة يصعب تصنيفها. من الطحالب ما يستعصي على العين رؤيته، فلا تراها إلا بالمجهر. ومنها ما يبلغ طولها ١٠٠متر.

توجد الطحالب تقريبًا في كل البيئات، فبعضها ينمو في درجات الحرارة المنخفضة، والبعض الآخر ينمو في البحار والمحيطات والأنهار.

تعتبر الطحالب من أكثر الكائنات الحية تمثيلًا للضوء مثل الخلايا النباتية. إذ تحتوي على الكلوروفيل وتمتص ثاني أكسيد الكربون CO2، وفي وجود الطاقة الضوئية والغذاء المناسب لتُطلق غاز الأوكسجين. [1]

الطحالب كغذاء آدمي

إن علاقة الإنسان بالطحالب ممتدة منذ ما يقرب ٥٠٠٠ سنة. أعدّ الصينيون منها أطعمة شتى مثل السوشي وبعض السلطات. غير أن الاهتمام بالطحالب لم يأتِ إلا بعد قيام بعض العلماء الفرنسيين برحلة إلى قارة أفريقيا. حيث لاحظوا أن السكان في جمهورية تشاد يتغذون على أحد أنواع الطحالب التي تنمو طبيعيا فوق المسطحات المائية. وتعتبر الدول الآسيوية من أكثر الدول استخدامًا للطحالب كغذاء آدمي.

فوائد التغذي على الطحالب

من الناحية الصحية، فاستخدام الطحالب في الطعام أمر شائع جدًا. فتدخل في العديد من الحميات الصحية بسبب قدرتها على تخفيض معدل امتصاص الدهون، فيساعد على تثبيط إنزيم الهضم «لايبيز-lipase». بالإضافة إلى أنها من أفضل مصادر اليود الذي يستخدم في علاج أمراض الغدة الدرقية المسئولة عن زيادة حرق الدهون.

تعتبر الطحالب مصدر عالي البروتين فيمكن إضافتها للحوم والصويا، وتفوق معظم منتجات الألبان في الغنى بالكالسيوم والحديد. [2] [3]

محاذير تناول الطحالب

على الرغم من شيوع ثقافة إضافة الطحالب للغذاء إلا أنه يجب الحرص في إضافتها. فبروتينات الطحالب لا تخلو من المشاكل والتي من أهمها اللون. فمعظم الطحالب تحتوي على صبغات خضراء وبنية وزرقاء وحمراء وذهبية؛ ومن هذه الصبغات ما قد يسبب تسمم عند إعدادها وتناولها.

فوائد طبية للطحالب

لم تقتصر علاقة الإنسان بالطحالب على الناحية الغذائية فقط. فقد كان يستخدمها أيضًا في الأغراض الطبية، فاستخدمها في العناية بالجروح سواء كانت قرح أو حروق أو أي مرض جلدي. إذ تعمل الطحالب كمخدر طبيعي، ومضاد حيوي طبيعي فتُستخدم في علاج أمراض السل والصداع وآلام المعدة. كما استخدمها البشر في تسهيل عمليات الولادة. [4]

الطحالب للعناية الجلدية

تحتوي بعض أنواع الطحالب على كمية كبيرة من المعادن ومضادات الأكسدة لتساعدها في الحفاظ على نفسها في بيئة المحيطات القاسية والتلوث و «الأشعة فوق البنفسجية- ultraviolet radiation». لهذه الأسباب، أصبحت من أهم المكونات في المستحضرات المستخدمة في العناية الشخصية مثل الأعشاب البحرية. استخدمها الإنسان لتعطِ بشرته مظهرًا صحيًا، فساعدته على التخلص من مشاكل البشرة مثل السيلوليت والحبوب وغيرها من مشاكل البشرة الشائعة.

رغم غرابة الفكرة لدى البعض إلا أنه يستخدمها في الفم أيضًا. فيعتبر «الكاراجينان-carrageenan» الذي يستخرج من الطحالب الحمراء من أهم مكونات بعض معاجين الأسنان والمثلجات والشوكولاته. وتعتبر l’oreal و Estée lauder من أكثر المؤيدين لاستخدام مكونات الطحالب في العناية بالبشرة والتجاعيد وواقيات الشمس الطبيعية. [5]

الطحالب كسماد

بينما اعتبر معظمنا نمو الطحالب شئ من قلة النظافة، إلا أنه عندما استخدمها الإنسان بطريقة صحيحة أصبحت سماد غذائي فعال باعتبارها اختيار صديق للبيئة. إذ تتكون الطحالب من كائنات حية، لذلك عندما تستخدمها كسماد للتربة، تنكسر روابطها وتُطلق كمية هائلة من المواد الغذائية التي تساعد في نمو المحاصيل بجودة أفضل.

ولإنه لا يوجد ما هو خالٍ من العيوب فإن الجهل باستخدام الطحالب كسماد للتربة بطريقة صحيحة قد يؤدي إلي جذب الحشرات مما يسبب إصابة المحاصيل بالأمراض. [6]

تنمو الاستخدامات طوال الوقت تبعا لنمو قدرتنا على فهم الكيميائيات. لكن ما عرفناه من هذا المقال أن الطحالب صديقتنا حقًا.

المصادر

[1] wikipedia
[2]bbc
[3] pubmed
[4]researchgate
[5]lofficielusa
[6]frontiersin