استعمال البروتينات الوصيفة للأغراض البيئية

 مر ذكر ان جينات الوصيفات وبروتينات الصدمة الحرارية يتم التعبير عنها بسرعة عند تعرض الخلايا للاجهادات وقد استعملت هذه الجينات للكشف عن الملوثات بعد ربطها بـ Lux genes من البكتريا البحرية Photobacterium phosphoreum (سابقا Vibrio fisheri) وبهذا أمكن الكشف عن العديد من المواد العضوية والمبيدات المستعملة لحماية النباتات والمعادن والمذيبات. وقد أمكن اجراء تحسينات كثيرة مثل استعمال طفرات tolC (البروتين الموجودة في الغشاء الخارجي للبكتريا) لزيادة حساسية الخلايا، اذ ان البروتين يؤثر على نضوحيه الأغشية الخارجية الكارهة للماء، ففي الخلايا الطبيعية tolC⁺ تتحسن لـ38 جزء بالمليون من المادة المختبرة في حين ان tolC^-  تتحسس 1.2 جزء بالمليون ويمكن ان تصل الى 37 جزء بالبليون، والتحوير على غرار استعمال طفرات raf في بكتريا Sal. typhimurium المستعملة في فحص أيمس. ومثل هذه الطفرات يمكن ان تستجيب لعدد من ظروف الاجهاد كما موضح في الجدول (1)

جدول 1 : فعالية الوميض الحيوي في سلالات E. coli المهندسة بربط جين الوميض الحيوي مع جينات الصدمة الحرارية تحت ظروف اجهاد متغيرة

يمكن تتبع وجود المواد السامة او الظروف المجهدة بمتابعة الوميض، وذلك لان وجود الاجهادات يؤدي الى تقليل الفعاليات الحيوية لغرض صرف الطاقة والوصول الى التوازن الخلوي. وهذا يؤدي الى تغيير التعبير الجيني ومنها جينات البروتينات الوصيفة، ومن المعروف انه في البكتريا مثل E. coli تتم عملية تنظيم الانتساخ بشكل ايجابي على وحدات انزيم الكوثرة RNAP بالعامل سيكما – 32 والذي يؤثر على حث بروتينات الصدمة الحرارية التي تزيد جيناتها على 20 جين . والصفة المميزة للاستجابات التي يتوسطها العامل سيكما – 32 انها تكون سريعة وعابرة وفي هذه الحالة تزيد من تخليق بروتينات الصدمة الحرارية.

وقد استغلت هذه البروتينات نظراً لان بعضها يحث بعدد من الاجهادات مثل التغير من الظروف اللاهوائية الى الظروف الهوائية والتعرض للمواد الكيماوية مثل الكحول او بيروكسيد الهيدروجين، والمعادن الثقيلة، ومضاهيات الحوامض الأمينية وأزيد الصوديوم Na – azide و dinitrophenol 2,4 –والمجاعة والاصابة بالفيروسات، وتحث بروتينات الصدمة الحرارية عندما تكون العوامل المحفزة دون المستويات المميتة وهذه تكون مهمة لحياة وبقاء الاحياء في بيئات لا تلائم ظروف معيشتها ولذلك فان نسق حث البروتينات يكون ملائما لتسجيل وكشف الملوثات البيئية.

وباستعمال تقنيات الهندسة الوراثية يمكن دمج الجين الممهد المسئول عن تخليق بروتينات الصدمة الحرارية مع جينات اعلان Reporter genes ومنها اوبرون الوميض الحيوي LuxCDABE الموجود في البكتريا المذكورة ولهذا النظام ميزات تجعل استعماله مفضلا ومنها :

•        سريع الاستجابة.

•        ذات حساسية عالية وممتازة.

•        يمكن جعل المجس يعمل بشكل آلي.

وينتج الضوء من الخلايا النشطة بدرجة حرارة 30 م◦. وقد تم تحضير خلايا E. coli مهندسة وراثيا لتسجيل التلوث بالوميض الحيوي، اذ استعمل البلازميد pUCD 615 لربط جينات الوميض الحيوي وهي luxC , luxD , luxA , luxB , luxE بدون ممهداتها ولكن الممهدات كانت من الجينات dnaK او grpE لتكون بالترتيب dnaK::luxCDABE و grpE::luxCDABE وأدخلت الى الخلايا بطريقة التحول. وعند استعمال الخلايا المحولة تحت اجهاد الكحول الاثيلي ازداد الوميض بشكل طردي مع تزايد تراكيز الكحول اذ وصل الى 1900 مرة عند اضافة 4% من الكحول الاثيلي. والممهدات وفرت فرصة لتحقيق الاستجابة في مدة 40 – 60 دقيقة، ويمكن زيادة حساسية الخلايا بزيادة قابلية المواد على الدخول الى الخلايا كما ذكر اعلاه باستعمال طفرات tolC-  (جدول 1). ويمكن ان تستعمل في مجالات اخرى مختلفة مثلا في العمليات الانتاجية المستمرة عند استعمال Chemostat وجعل الكاربون العامل المحدد، لذلك فان الخلايا الجائعة تنتج بروتينات الصدمة الحرارية لتعلن عن ظروف داخل المفاعل الحيوي.

المصادر

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