اطلاق الاحياء المهندسة وراثيا الى البيئة

التطورات التي حدثت في التقنيات وازدياد المعلومات الجزيئية في علوم الحياة أدت الى تطوير أحياء وانزيمات يمكن ان تستعمل في المعالجات الحيوية، كمنا انها أدت الى توفير المعلومات حول المجاميع الميكروبية في المناطق الملوثة لتسهيل الوصول الى أفضل الوسائل للمعالجات، ولكن عملية اطلاق الاحياء المهندسة وراثيا جوبهت بالتقييدات الكثيرة على اطلاق مثل هذه الاحياء الى البيئة كما هو الحال في استعمالها في نواحي اخرى من الحياة. واستعمال الاحياء المهندسة وراثيا تتجاذبها الآراء المتفائلة والمتشائمة, وتغلب الاخيرة في العديد من الأحيان. وهناك اعدادا كبيرة من الاحياء التي هندست لغرض اطلاقها الى البيئة، وكل مصمم لمسار وراثي يرنو الى استغلال امكانيات الخلايا لأبعد حد ممكن، وقد قامت الجهات المختصة بوضع تصنيف للأحياء المهندسة ودرجة خطورتها التي تحدد إمكانية اطلاقها :

• الدرجة الأولى، وتمثل الاحياء التي ليس لها خطورة على الاحياء الاخرى مثل الإنسان او الحيوان والنبات والتنوع الحيوي، ويكون ضررها غير محتمل فهذه تعد أمينة الاستعمال ويسمح بإطلاقها.
• الدرجة الثانية، عندما يكون الخطر او الضرر محتمل الوقوع ولكن لا يشكل خطرا على الاحياء الاخرى، ويحدث الخطر في مواقع الاستعمال، والاخطار يمكن ان تتراجع بشكل تلقائي بالاعتماد على مرونة البيئة وقابليتها على الرجوع، او تكون الاخطار من النوع الممكن السيطرة عليه بالإمكانات المتوفرة، فهذه الاحياء يكون انتشارها قليل الاحتمال فيسمح بإطلاقها تحت شروط.
• الدرجة الثالثة وهي الاحياء التي تولد الاخطار وتؤثر على الاحياء الاخرى والتنوع الحيوي، ولكن احتمال انتشارها الى مناطق الاستعمال يكون ضئيل جدا، فهذه تطلق عند توفر امكانيات معاملتها ومنع أخطارها.
• الاحياء التي تؤدي الى اخطار على الاحياء وتؤثر على التنوع الحيوي سواء في مناطق استعمالها وخارجها فمثل هذه لا تكون هناك احتمالية لمنع اخطارها ولا يصرح باستعمالها.

وهناك عدة جوانب يمكن مناقشتها في هذا الموضوع :

• عند اطلاق الاحياء المهندسة وراثيا (والأكثرية من البكتريا) فإنها يمكن ان تفترس من قبل احياء اخرى خاصة في التربة، وهذه عملية مكلفة، والجهات التي تطلق الاحياء تبتغي ان تؤدي الاحياء مهمتها ثم تختفي ولكن ذلك لا يحصل دائماً.
• ان عملية الهندسة بحد ذاتها تجعل الخلايا تحت الاجهاد، ومثلما ذكر سابقا فان الاجهادات تؤدي الى تخليق البروتينات الوصيفة وبروتينات الصدمة الحرارية. وقد اتضح ذلك من تنمية الخلايا المهندسة تحت ظروف انعدام الاجهاد ولكنها كانت تنتج بروتينات الاجهاد فمثلا خلايا E. coli التي نقل إليها جين انتاج الانزيم غير الذائب α – glucosidase من خميرة الخبز ونميت تحت ظروف ملائمة وجد بعد 3 ساعات ان هناك عددا من بروتينات الاجهاد مرتبطة بتجمعات بروتين الانزيم الناتج. وكذلك الحال مع E. coli  التي استخدمت لإنتاج مواد اخرى غير البروتينات مثل PHB Poly (3- hydroxyl butyrate) وتستطيع الخلايا المهندسة انتاج كميات كبيرة من PHB وتجميعها في الخلايا، ولكن هذه الخلايا تغير التعبير فيها عن 20 جين منها 3 خاصة ببروتينات الاجهاد وهي DnaK , GroES , GroEL التي تزداد كمياتها في الخلايا وهذا يعني ان تجميع PHB داخل الخلايا يشكل عامل اجهاد، ولذلك فان الخلايا توقف عمليات تخليق البروتينات العادية وتتجه لتخليق البروتينات الحامية، ويبدو ان هذه الاستجابة ناتجة من تغيير البيئة الداخلية للخلايا الناتجة من قلة محبة الماء للسيتوبلازم نتيجة لتجمع المواد الغريبة غير الذائبة.

وهذا يعني ان الاحياء المهندسة تكون مجهدة دون وجود ظروف اجهاد ومثل هذه الخلايا عندما تدخل الى البيئة وتعاني من اجهاداتها فهي تحتاج الى استعادة وضعها الفسلجي الطبيعي، لذلك ربما اكتسبت مقاومة عامة وزادت من قابلية تطفرها اي حدوث الطفرات فيها. وقد لوحظ هذا فعلا عند استعمال انظمة تعتمد على نقل البلازميدات لنقل جينات تخليق الهستيدين من البكتريا Az. Brasilenses الى  E. coli (طفرات عوز غذائي للهستيدين)، فتحت الاجهاد الشديد من نقص للهستيدين تتغير البلازميدات وهذه التغيرات يمكن ان تحصل في البلازميدات والكروموسومات. فتحت مثل هذه الظروف يحصل اعادة ترتيب للجينوم ويؤدي الى ظهور الطفرات، وتظهر مثل هذه الطفرات تحت ظروف اجهاد اخرى. وظهور الطفرات في الاحياء المهندسة في البيئة هي حالة غير مرغوب فيها.

ولذلك فان الاحياء المهندسة وراثيا هي اصلا مجهدة بواسطة المعلومات الوراثية التي أدخلت إليها وذلك من ملاحظة زيادة محتوياتها من بروتينات الاجهاد تحت الظروف الطبيعية والتي تؤدي الى تغيرات كبيرة في جينومها. ومن الطبيعي افتراض ان اطلاقها الى البيئة سيعرضها الى اجهادات اضافية مما يؤدي الى ظهور الطفرات المتطبعة وحالة تضخم التطبع ، وذلك محاولة منها لزيادة عيوشيتها وبقائها، فبدلا من ان تموت تقوم بالتطور والعيش اذ ان عملية التطور تزيد من قابلية التنافسية على مواد الأساس البديلة (اي غير الملوثات) المتوفرة في البيئة بشكل طبيعي وسيزيد هذا من احتمالية بقاءها في البيئة.

ومن جهة ثانية فان الخلايا المهندسة تحمل الجينات المطلوبة على بلازميدات وتكون الجينات عادة ذات انتاجية مفرطة وهذا يعني ان الخلايا محملة أكثر من طاقتها وهذا يقلل من فرص عيشها وبقاءها في البيئات الجديدة حتى وان زودت بإمكانيات أكثر للنمو من الخلايا الخالية من البلازميدات. ووجد بالتجارب ان هناك قلة في ملائمة الخلايا الحاملة للبلازميدات عند غياب المجال الذي يعمل فيه البلازميد، كما ان الخلايا لا تكون مستعدة لحمل كلفة وجود البلازميدات الموجودة فيها.

كل هذه الأسباب ستؤدي الى :

• اما اكتسابها مقاومة عامة وتدخل طور الاستقرار.
• تحدث فيها حالة التطفر العالي او الفائق ويموت أغلب الأفراد المجتمع، والحالتين يسيطر عليها بـ δS.

وفي الحالتين تكون الخلايا بين الانتظار لتحسن الظروف او الدخول المسلك الزلق وهو حدوث التطفر الفائق الذي مر ذكره. ولذلك فان حسن اعداد الاحياء المهندسة وراثيا سوف يمكن من الاستغلال الامثل، ومنها تعطيل جينات rec العاملة في التأشب المتجانس وكذلك جينات rpoS المسئولة عن تقليل فعالية نظام MMR وحث العامل δS وهذا يقلل من الاخطار المتعلقة او المرتبطة بعمليات التحوير الوراثي للميكروبات في نظام بيئي مفتوح.

فالخلايا المطلقة الى البيئة المطلوب منها ان تقوم بمهمة التخلص من المواد الملوثة ويكون ذلك ممكنا باستعمال نظام الاحتواء المعتمد على استعمال الجينات القاتلة التي تعمل في البيئة عند وجود المواد المحفزة للممهدات المستعملة ثم تنخرط الخلايا في مسار الانتحار (Suicide pathway) عند انتهاء المواد المحفزة. وبذلك يمكن التحكم بعمليات تكاثرها غير المسيطر عليها وكذلك التحكم بعمليات الانتقال الافقي للجينات، ولذلك توضع الاحياء المهندسة في نماذج بيئية مصممة لتشابه البيئات الطبيعية وتقاس قابليتها للتطفر الفائق ودراسة كل المؤشرات الممكنة قبل اطلاقها الى البيئة الطبيعية.

الانتقال الافقي للجينات : ويعد من المخاطر التي تشكلها الاحياء المهندسة وراثيا في كافة المجالات وهو انسياب الجينات الى النظام البيئي والذي يعد من أهم الاخطار على المدى البعيد نظراً لاحتمالية تغييره للتنوع الحيوي. فانتقال الجينات الافقي اصبحت الشغل الشاغل للمختصين في مجال السلامة الحيوية، فانتقال الجينات المقاومة للمضادات الحيوية والتي تستعمل كواسمات انتخاب في الاحياء المهندسة وراثيا يمكن ان تنتقل بين الاحياء و هذا يؤدي الى انتشار المقاومة غير المرغوب فيها، اضافة الى انها تؤدي الى تطور الاحياء الميكروبية بشكل لا يناسب الحياة. فمن المعروف ان التطور وكما أشارت دراسة تحليل الجينومات يسبقه عادة نقل أفقي للجينات وانسياب الجينات بين الانواع والاجناس المختلفة، ومما يزيد في ذلك ان عمليات التأشب في البلازميدات – التي تستعمل في الهندسة الوراثية – تكون بمعدلات أعلى من تلك التي تحصل في الكروموسومات.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .

مواضيع ذات صلة

أمثلة على الاحياء المهندسة وراثيا المستعملة

عدم كفاءة الاحياء المهندسة وراثيا

بكتريا Deinococcus geothermalis

مظاهر خاصة بالبكتريا المقاومة للإشعاع

مسارات نقل الاشارات للبكتيريا المقاومة للإشعاع

استجابة البكتيريا المقامة للإشعاع للاجهادات

أنظمة ومسارات اصلاح DNA للبكتيريا المقاومة للإشعاع

تركيب الجينوم للبكتيريا المقاومة للإشعاع

انظمة الترجمة والتضاعف للبكتيريا المقامة للإشعاع

المسارات الايضية للبكتريا المقاومة للإشعاع

التلوث الاشعاعي

الترشيح الحيوي لمعالجة الهايدروكاربونات المتطايرة