إنشاء آح بيض نباتي وصديق للبيئة باستخدام الفطريات، والذي يمكن أن يوفر بديلا لتربية الدجاج المكثفة اذ نجح باحثون فلنديون في هذه التجربة
اذ ابتكر الباحثون ان ovalbumin، وهو البروتين الأساسي في زلال البيض، من Trichoderma reesei، وهو نوع من الفطريات المعروفة بتلف الملابس.
ألبومين البيض
او مايسمى آح البيض أو زُلال البيض (بالإنجليزية: Ovalbumin) ويُدعى اختصاراً OVA، هوَ البروتين الرئيسي الموجود في بياض البيض، حيثُ يُشكل حوالي 55% من البروتين الكُلي. يَظهر تسلسل ألبومين البيض والتماثل ثلاثي الأبعاد له بشكل مُشابه لطائفة السربين ولكنه يُخالف معظم السربينات بأنهَ ليسَ مُثبط لبروتييز السيرين. وَظيفة ألبومين البيض غير معروفة، ولكنهُ يُفترض بأنه بروتين تخزين.
اذ وقد ينطوي النمو والتحول المستمران لقطاع الثروة الحيوانية على فرص هامة للتنمية الزراعية والحد من الفقر وتحقيق مكاسب على صعيد الأمن الغذائي وتحسين تغذية الإنسان. ومن شأن هذا القطاع أيضًا أن يمكّن النساء والشباب في الريف وأن يحسن كفاءة استخدام الموارد الطبيعية وأن يزيد قدرة الأسر المعيشية على الصمود في مواجهة الصدمات المناخية.
لكن، قبل أن يتحقق هذا كله، لا بد من معالجة عدد من القيود والتفاعلات والمقايضات المعقدة.
ويمكن أن يصبح Ovalbumin الذي يتم إنتاجه بشكل أخلاقي باستخدام T. reesei – المسمى ‘Tr-OVA’ – بديلا مستداما لمسحوق بروتين بياض بيض الدجاج، وهو مكون يستخدم على نطاق واسع في صناعة الأغذية.
ووجد الباحثون أن Tr-OVA قللت من متطلبات استخدام الأراضي بنسبة 90% تقريبا والغازات المسببة للاحتباس الحراري بنسبة تصل إلى 55%، مقارنة بإنتاج بيض الدجاج.
وأجرى البحث علماء في جامعة هلسنكي بالتعاون مع مركز البحوث التقنية VTT الفنلندي.
ويقول الباحثون: “على الرغم من أن هذا النهج يمكن أن يولد Ovalbumin البيضاوي على نطاق تجريبي، إلا أنه لم يتم استكشاف الآثار البيئية للإنتاج على نطاق صناعي”.
ولصنع Tr-OVA، بدأ الباحثون بتحديد الكود الجيني لـOvalbumin البيضاوي، الذي يمثل حوالي 54% من إجمالي بروتينات زلال البيض، والمعروف باسم بياض البيض.
اذ وأدخل الجين الذي يحمل مخططات Ovalbumin البيضاوي بواسطة أدوات التكنولوجيا الحيوية الحديثة في الفطر، والذي أنتج بعد ذلك وأفرز البروتين نفسه الذي ينتجه الدجاج.
وتم بعد ذلك فصل بروتين Ovalbumin البيضاوي من الخلايا وتركيزه وتجفيفه لتكوين المنتج النهائي.
وقارن الباحثون أيضا تأثيرات إنتاج Tr-OVA مع وحدة مكافئة من بروتين آح بيض الدجاج المجفف الحقيقي المنتج في فنلندا وألمانيا وبولندا.
وخفض إنتاج Tr-OVA من معظم التأثيرات المرتبطة بالزراعة، مثل الاحتباس الحراري واستخدام الأراضي، وفقا لتقرير الفريق.
وقالت ناتاشا يارفيو من جامعة هلسنكي: “قلل Ovalbumin البيضاوي المنتج من الفطريات من متطلبات استخدام الأرض بنحو 90% والغازات المسببة للاحتباس الحراري بنسبة 31 إلى 55% مقارنة بإنتاج نظيره القائم على الدجاج. وفي المستقبل، عندما يعتمد الإنتاج على طاقة منخفضة الكربون، فإن التخمير الدقيق لديه القدرة على تقليل التأثير حتى بنسبة تصل إلى 72%”.
وتحتاج المنتجات المزروعة بالخلايا عموما إلى كهرباء أكثر من المنتجات الزراعية النموذجية، وبالتالي فإن نوع مصدر الطاقة المستخدم يؤثر على مستوى التأثير البيئي.
ومع ذلك، فإن كمية المدخلات الزراعية اللازمة لإنتاج Ovalbumin البيضاوي بواسطة الميكروبات – مثل الجلوكوز – بشكل عام أقل بشكل كبير لكل كيلوغرام من مسحوق البروتين.
وبشكل عام، يمكن أن يكون لهذا الحل القائم على التكنولوجيا الحيوية – فصل إنتاج البروتينات الحيوانية عن تربية الحيوانات باستخدام نظام إنتاج ميكروبي بدلا من ذلك – تأثيرات بيئية هائلة.
أدخل مصطلح Trichoderma في علم الفطريات التطبيقي سنة 1794 عن طريق Person . كما أشارBisset,1991a) )للفطريات المجهرية التي اعتبرت منذ 200 عام كـ Gastéromycètes .
تنتمي هذه الكائنات الحية الدقيقة إلى مجموعة كبيرة من الفطريات التي ليس لها تكاثرا جنسيا معروفا. ينتج جنس Trichoderma العديد من الإنزيمات والمواد الحيوية الفعالة كما يستعمل كعامل للمقاومة البيولوجية وذلك لقدرته على التضاد المباشر مع أجناس فطرية أخرى، مستعملا عدة ميكانيزمات (تطفل فطري، تنافس، أيض حيوي و تحليل الهيفات)، وذلك لترقية النباتات العائلة ( Kubicek et Harman, 2002).
– مورفولوجيا فطر Trichoderma
تتضح الهيئة الماكروسكوبية لجنس Trichoderma بعد تنميته على بيئة غذائية داخل أطباق بتري حيث تبدو المستعمرة الفطرية ذات مظهر سبخي بصورة خفيفة أو مندمجة، تعطي الجراثيم الكونيدية مسليوم أبيض كذلك تظهر المستعمرة في الأيام الأولى شفافة وفي اليوم الرابع من نموها يظهر اللون الأخضر على الأجزاء الهوائية للمسليوم، يتوافق هذا مع تشكل خطوط دائرية أخرى منتظمة مركزية.
يظهر المسليوم تحت المجهر الضوئي مركبا من هيفات صفراء، مقسمة متفرعة ذات جدران ملساء، الحوامل الكونيدية مخروطية أوهرمية كثيرة التفرعات، تحمل الفياليدات ذات هيئة فلاسكات والتي تحمل بدورها الجراثيم الكونيدية (Landreau, 2001) (شكل1).
– تصنيف جنس Trichoderma
حسب ( Bissett , 2004 ) أن الوضع التصنيفي لهذا الفطر يكون كالآتي:
Embranchement : Amastigomycota
Sous-embranchement : Ascomycotina
Classe : Sordariomycètes
Ordre : Hypocréales
Famille : Hypocreaceae
Genre : Hypocrea mitosporique Trichoderma
– الوسط البيئي لفطر Trichoderma
يتميز فطر Trichoderma بقدرته على التأقلم مع مختلف الظروف المناخية، يوجد بكثرة في الطبيعة وفي الوسط الترابي (Esposito et Silva,1998). نتيجة لنموه السريع وقدرته على استعمال مختلف المواد الغذائية. يتطور تقريبا على كل ترب الغابات وعلى النباتات المتحللة وهذا يجعله جدير بالملاحظة. يلوث بكثرة الدبال ويكون نادر التطفل على النباتات الحية ( Roquebert , 1996 ).
بينت بعض الدراسات أن جنس Trichoderma يعتبر من بين ثلاثة أنواع الفطرية الموجودة في التربة ويأتي في المرتبة الثالثة بعد Aspergillus وPenicilliumحيث يمثل وجود Trichoderma في الوسط الترابي بـ 6 % من العدد الكمي للأجناس الفطرية (Landreau, 2001 ).
– تعريف فطر T. viride
فطر viride T. هو نوع من جنس Trichoderma ينتج الجراثيم بطريقة لا جنسية، عن طريق الانقسام الميتوزي (Jaklisch et al. , 2006). يكثر انتشاره على الدبال وله مقاومة. يعتبر فطر متضاد ضد الكائنات الحية الدقيقة المتواجدة في التربة، يتميز بفاعليته من أجل مراقبة البذور و الأمراض التي يكون مصدرها التربةBisset,1991a) ). يوجد مصطلح آخر لـ T.virideهو T.ligronum. أما الهيئة الكاملة parfaite لهذا الفطر تتمثل في
Hypocrea aurantiaca, Hypocrea coprosma, Hypocrea rufer
Hypocrea albo-medullosa, Hypocrea atrogelatinosa
( Domsch et al.,1993).
– تواجد فطر T. viride
ينتشر فطر viride .T في المناطق الاستوائية. تم عزله من مختلف المواد من بينها الطحالب، الخشب، مواد البلاستيك، المنتجات الغذائية (النجيليات، القمح، الشعير، الخرطال، الذرة، الطماطم الخ….) التربة، الورق والقطن Domsch et al.,1993)).
– مورفولوجيا فطرT. viride
يكون الثالوس Thalle لـ Trichoderma تقريبا شفافا ثم يصبح أبيضا أو خضرا مع تقدم عمر المستعمرة الفطرية كذلك وجود كتل زغبية ذات لون أخضر تتكون من الجراثيم، هذه الأخيرة تكون بيضاوية، يصل قطرها بين 3.6 – 4.5 ميكرون، تكون الحوامل الكونيدية متفرعة حيث تكون هرمية الشكل. تتميز هذه الحوامل بقصر طولها، خضراء اللون في النهايات الطرفية على خلاف القاعدة. أما الفياليدات تبدو متجمعة في هيئة باقة. كما سجل وجود الجراثيم الكلاميدية مؤلفة من كريات ملساء بينية أو نهائية في المستعمرات المتقدمة في السن ( Samson et al., 1994) (شكل 2).
– بيولوجيا فطر T. viride
تتراوح درجة الحرارة المثالية من اجل تكاثر T. viride بين (20 – 28) م°، أحسن نمو يلاحظ بصورة خاصة على درجات حرارة بين (6 – 32) م°. في بعض الحالات الاستثنائية قد ينمو على درجة حرارة 37م°، ويتوقف عن النمو عند 0م°. في حالة التربة الساخنة التي تتراوح فيها درجة الحرارة ( 49 – 55 ) م° ، تعتبر هذه الدرجة بالنقطة الحرارية المتسببة في موت الفطر. يتراوح pH النمو لفطر T. viride بين 3 – 9 و الـ pH الأمثل بين 4.5 – 5.5Subramanian, 1983)).
– دورة حياة فطر T. viride
يتكاثر فطر T. viride تكاثرا جنسيا حيث تمثل الحوامل الكونيدية المرحلة السائدة من التكاثر في ظروف خاصة، تنبت الجراثيم لتعطي المسليوم الذي يتكون من هيفات متفرعة، تتشكل عليها الجراثيم الكونيدية (Rifai, 2004).
– المنتجات الأيظية لفطر T. viride
يتميز فطر T. viride بقدرته على إفراز كمية معتبرة من المنتجات الأيظية منها :
,B-cellulase,endo 13émodine ,cellulase,cellobiase ,amylase gliotoxine, polypeptide, protease, endo B-1-4hydrolase,exo-gluconase B-glucosidase, trichothécènes, trichodermine (Xiaoyil et al., 2012).
– قدرة فطر T. virideعلى التضاد
– الأيض الحيوي Antibiose
بينت عدة دراسات قدرة Trichoderma على إنتاج المضادات الحيوية والسموم التي تكون طيارة وغير طيارة، لها تأثيرا مباشرا على الكائنات الحية الأخرى مثبطا بذلك نموها ( Johanne, 2002 ).
أشار Berber et al ( 2009 ) في أبحاثه الحديثة إلى إنتاج المركبات الطيارة المنتجة من طرف فطر T. vivide والمتمثلة في L-hydroxy-3-Methyl anthraqinone ذات فاعلية كبيرة، التي توقف أو تحد من تطور العديد من الفطريات الممرضة الموجودة في التربة. كما يؤثر trichothécènes وtrichodermine على جراثيم فطريات العفن والبكتيريا. بالمقابل فأن هذه المنتجات من المحتمل أن تشترك في المقاومة البيولوجية ضد فطريات العفن( Elena, 2004 ).
– التنافس La compétition
يحدث التنافس بين الكائنات الحية، بسبب قلة العناصر الغذائية الضرورية لتطورها في المحيط الخارجي. يظهر هذا التنافس في قدرة الكائن الحي على استغلال كل العناصر بسرعة محددا بذلك تواجدها. و التي يتعذر الحصول عليها من قبل الكائنات الحية الأخرى (Bolton et al.,1993).
يظهر التنافس بين فطر T. viride والفطريات الممرضة للنبات عند استعمال المصادر الغذائية الموجودة في الوسط المحي، حيث تستخدم Trichoderma هذا السلوك من أجل احتلال المكان قبل وصول الكائنات الحية غير المرغوب فيها (Johanne, 2002). هذه الطريقة في التنافس، تساعد الفطر المتضاد على كبح نمو بعض الفطريات الممرضة الموجودة على سطح الترب، هذا ما يقلل من خطورة الأمراض.
يتميز فطر T. viride بقدرته العالية على التنافس مع العديد من الفطريات الممرضة مثل : Verticillium, Rhizoctonia, Pythium, Alternaria…..الخ Samson et al.), 1994).
– التطفل الفطري Mycoparasitisme
يتطفل فطر Trichoderma على الفطريات الممرضة، مما يؤدي إلى تحطيم العامل الممرض وهذا بسبب إلتفاف هذا الفطر حول الفطر الممرض ثم يتوغل فطر Trichoderma إلى الداخل أو بإفراز إنزيمات التحليل (Johanne, 2002). إن تطبيق ميكانيزم التطفل الفطري من طرف فطر Trichoderma يمكن تلخيصه في الخطوات التالية :
- مرحلة التحفيز :
تعتبر الخطوة الأولى، يتم من خلالها اقتراب فطر Trichoderma من الفطر الممرض الذي يفرز مركبات تحث على تجاوب فطر المقاومة البيولوجية عن طريق chimiotropisme في حين تتجه هيفات عائله مباشرة نحوه. مع العلم أن طبيعة هذا التحفيز لم تعرف إلى حد الآن (شكل 4،3).
-
مرحلة التعارف :
يتعرف الفطر الممرض على فطر Trichoderma بسبب وجودLectines . حيث يتم الالتصاق عن طريق ارتباط agglutinine للفطر الممرض مع بعض السكريات الموجودة في الجدار الخلوي لفطر Trichoderma.
-
مرحلة الالتفاف:
يحدث الالتفاف بين هيفات الفطر الممرض وفطر المقاومة البيولوجية حيث تكبر هيفات فطر Trichoderma على طول هيفات العائل أو تلتف حولها وتفرز مختلف الإنزيمات مثل إنزيمات التحليل Lytique (سليلازcellulase ، كتيناز chutinase، جليكناز glucanase بكتيناز pectinase ومضادات حيوية مثل gliotassine الذي يشترك في ميكانيزم التطفل الفطري Chet,1987)). كذلك بين Inbar et Chet,1992)) أن الالتفاف حول هيفات العائل يستلزم التعارف المسبق لسكريات lectine التي ترتبط عن طريق روابط agglutinine لـ Sclerotina rolfsii. تتميز سلالات Trichoderma بقدرتها على مهاجمة فطر Sclérotina rolfsii، الذي يتعرف علىD-glucose و D-manose وهي عبارة عن سكريات تتواجد في الجدار الخلوي لفطر Trichoderma.
شكل 3 : مراحل التطفل الفطري عند فطر Trichoderma
– التضاد L’antagonisme
يتمثل في تثبيط إنبات جراثيم الفطريات الممرضة. تعرف هذه الظاهرة باسم mycostase ، سواء عن طريق تحليل مسليوم الفطريات mycolyse)) أو تحليل المستعمرات البكتيرية bactériolyse)) Curl et Truelove,1986)).
تم توضيح خصائص التضاد من طرف Chet et al.,1997)). أما في سنة 1971 قام كل من Webster et Dennis بتوضيح مختلف ميكانيزمات التضاد التي تتمثل في التطفل الفطري، الأيض الحيوي والتنافس على الأغذية أو احتلال الوسط المحيط .
عدة أبحاث تناولت أهمية فطر Trichodermaوقدرته على التضاد ضد عدد كبير من الفطريات الممرضة (Comporta, 1985) . كما بينت أبحاث (Baker, 1988) أن بعض سلالات Trichoderma لها قدرة على تطبيق فعالية تحفيز نمو بعض النباتات .
درس (Lynch et al 1991) تأثير Trichoderma على نمو الحبوب في غياب العامل الممرض، كذلك تحفيز نمو نبات الخس من جهة أخرى إن لهذا الفطر قدرة عالية على مقاومة فطرFusarium، Pythium و Rhizoctonia.
– التداخل بين فطر Trichoderma والنبات
عرف فطرTrichoderma بقدرته على اجتياح جذور النباتات ومن جهة أخرى، عند معالجة الثمار، الأزهار، الأوراق، والجذور بجراثيم فطر Trichoderma تسمح هذه الأخيرة بتكوين حاجز واقي حول الجذور، تعيق بذلك دخول الفطريات الممرضة داخل أنسجة الجذور Harman, 2000)).
إن توغل فطر Trichoderma في الأنسجة الداخلية للجذور، يحدد بقائه على مستوى الطبقات السطحية فقط أو الطبقة الثانوية للخلايا الجذرية Yedidia et al.,1999)).
يفرز فطر Trichoderma ثلاثة أنواع من المركبات التي تحرض على مقاومة النبات ضد العوامل الممرضة. تتمثل هذه المركبات في البروتينات، تتميز بقدرتها على تحليل محتويات العوامل الممرضة (تعمل عمل الإنزيمات) ، سكريات أحادية oligosaccharide و أخيرا بعض المركبات ذات الوزن الجزئي الضعيف التي تتحرر من الأغشية الخلوية لفطر Trichoderma Harman et al., 2004)). إن وجود العوامل الممرضة وعوامل المحيط البيئي (درجة حرارة، رطوبة….) تساعد من فاعلية فطر Trichoderma لأنه يجتاح المكان قبل وصول الفطريات الممرضة. تتمثل فاعلية هذا لفطر في حماية الجذور ضد الفطريات الممرضة ( خاصية واقية)، تسمح له بتكوين غلاف على مستوى الجذور وذلك لمنع توغل العوامل الممرضة داخل الجذور. يمكن أن ينشط فطر Trichoderma النبات بغياب الكائنات الممرضة Johanne, 2002 )).
– تأثير فطر Trichoderma على ميتابوليزم النبات
أكدت عدة دراسات أن اجتياح فطر Trichoderma لجذور النبات يساعد على زيادة إفراز إنزيمات الدفاع منها peroxidases , chitinases, B-1.3-glucanase : Harman et al., 2004)).
إن تثبيت فطر Trichodermaعلى جذور النبات يحفز على زيادة امتصاص الماء و بعض العناصر الغذائية (النحاس، الحديد، الفسفور، المنغنيز و الصوديوم) من محلول التربة هذه الزيادة في امتصاص العناصر الغذائية، تؤكد على تحسين ميكانيزم امتصاص هذه العناصر (Yedidia et al.,2001). من جهة أخرى، بينWindham et al.,1986)) إن تواجد فطر Trichodermaمع جذور النبات يقلل من أمراض الجذور و ذلك عن طريق تنشيط تجاوب دفاع النبات.