النباتات تتعاطى مسكنا للألم تماما مثل البشر

#1 08-19-2022, 10:53 PM

مؤخرا اكتشف باحثون من جامعة كاليفورنيا ريفرسايد University of California, Riverside (UCR) أن النباتات تفعل شيئا مشابها حيث أنها تكون قادرة على إنتاج الأسبرين الخاص بها عندما تكون تحت ضغط من المخاطر المحيطة بها.
وتلقي الدراسة الجديدة التي نشرت في دورية ساينس أدفانسز Science Advances نظرة فاحصة على آلية الدفاع عن النفس في النباتات، وكيف يتم تنظيم إنتاج المستقلب النشط للأسبرين المتمثل بـ حمض الساليسيليك.

end of list

تنتج النباتات الأسبرين الخاص بها عندما تكون تحت ضغط من المخاطر المحيطة بها (جامعة كاليفورنيا ريفرسايد) هرمون الوقاية من الضغوط البيئية
ووفقا للبيان الصحفي الذي نشر على موقع جامعة كاليفورنيا ريفرسايد في 12 يوليو/ تموز الماضي فإن النباتات قادرة على حماية نفسها من المخاطر البيئية مثل الحشرات والجفاف والحرارة عن طريق إنتاج حمض الساليسيليك، المعروف أيضا باسم الأسبرين. وأوضح عالم الوراثة النباتية جين-تشينغ وانغ أن فهم هذه العملية قد يساعد النباتات على النجاة من الإجهاد المتزايد الناجم عن تغير المناخ. وقال وانغ "نود أن نكون قادرين على استخدام المعرفة المكتسبة لتحسين مقاومة المحاصيل" وأضاف "سيكون هذا أمرا حاسما لإمدادات الغذاء في عالمنا الحار بشكل متزايد".
درس الباحثون نباتا نموذجيا يسمى أرابيدوبسيس Arabidopsis وهو نبات عشبي معمر وينتمي إلى الفصيلة الكرنبية أو عائلة الخردل وهو أحد الكائنات الحية النموذجية المستخدمة في دراسة بيولوجيا النبات وأول نبات يتسلسل جينومه بالكامل. ويأمل الباحثون في تطبيق فهمهم لاستجابات الإجهاد في خلايا هذا النبات على العديد من أنواع النباتات الأخرى، بما في ذلك تلك المزروعة من أجل الغذاء.
تؤدي الضغوط البيئية إلى تكوين أنواع الأكسجين التفاعلية أو أنواع الأكسجين التفاعلية في جميع الكائنات الحية التفاعلية (Reactive Oxygen Species). وتتمثل إحدى الأمثلة التي قد تكون على دراية بها عزيزي القارئ بحروق الشمس والنمش على بشرتك عندما تقضي وقتا طويلا في التعرض لأشعة الشمس المباشرة دون استخدام أي واقي من الشمس. وتعتبر المستويات العالية من أنواع الأكسجين التفاعلية في النباتات قاتلة.

استخدم الباحثون نبات أرابيدوبسيس Arabidopsis كنبات نموذجي للتجارب (جامعة كاليفورنيا ريفرسايد) أما في حالة النباتات، فتشمل هذه الضغوط الحشرات غير الصديقة والجفاف والحرارة الزائدة. وفي حين أن المستويات العالية من أنواع الأكسجين التفاعلية في النباتات يمكن أن تكون قاتلة، في حين أنه عند المستويات المنخفضة تلعب أنواع الأكسجين التفاعلية وظيفة مهمة في الخلايا النباتية. وأوضح وانج: "في المستويات غير المميتة، تشبه أنواع الأكسجين التفاعلية نداء طارئ للعمل، مما يتيح إنتاج هرمونات وقائية مثل حمض الساليسيليك".
جزيء الإنذار الأولي

اكتشف فريق البحث أن الحرارة، أو أشعة الشمس المستمرة، أو الجفاف تتسبب في قيام جهاز صنع السكر في الخلايا النباتية بتوليد جزيء إنذار أولي يعرف باسم MEcPP. وهكذا ركز الباحثون على معرفة المزيد عن هذا الجزيء الذي يتم إنتاجه أيضا في كائنات حية مثل البكتيريا وطفيليات الملاريا.
وتجدر الإشارة ألى أن تراكم هذا الجزيء في النباتات يؤدي إلى إنتاج حمض الساليسيليك، والذي بدوره يبدأ سلسلة من الإجراءات الوقائية في الخلايا. يحمي الحمض البلاستيدات الخضراء للنباتات ، والتي هي موقع البناء الضوئي، وهي عملية استخدام الضوء لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى سكريات من أجل الطاقة.

هذه المعرفة يمكن أن تساعدنا في تعديل النباتات لتكون أكثر مقاومة للمخاطر البيئية في المستقبل (غيتي إيميجز) تقول عالمة الأحياء النباتية فيلهيلمينا فان دي فين من جامعة كاليفوريا، ريفرسايد في البيان الصحفي "يشبه الأمر استخدام النباتات مسكنا للأوجاع والآلام تماما كما نفعل نحن".
وقال كاتايون ديهش رئيس فريق البحث، وأستاذ الكيمياء الحيوية الجزيئية المتميز في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد "تتجاوز هذه التأثيرات طعامنا. حيث تقوم النباتات بتنظيف الهواء عن طريق عزل ثاني أكسيد الكربون، وتوفر لنا الظل، وتوفر موطنا للعديد من الحيوانات".

الجراد يفرق عن طريق الشم بين الخلايا السرطانية والأخرى السليمة ويميز بين أنواع الخلايا السرطانية المختلفة (ديريك تيرنر-جامعة ولاية ميشيغان)

أظهرت أبحاث جامعة ولاية ميشيغان أن الحشرات يمكن أن تفرق بين الخلايا السرطانية والخلايا السليمة؛ مما قد يساعد في اكتشاف المرض في وقت مبكر. ووجد الباحثون أن الجراد لا يستطيع "شم" الفرق بين الخلايا السرطانية والخلايا السليمة فحسب، بل يمكنه أيضا التمييز أنواع الخلايا السرطانية المختلفة.
وأوضح الباحثون -في البيان الصحفي الذي نشر على موقع الجامعة في الرابع من أغسطس/آب 2022- أن هذا العمل يمكن أن يوفر الأساس للأجهزة التي تستخدم الخلايا العصبية الحسية للحشرات للتمكن من الكشف المبكر عن السرطان باستخدام نفَس المريض فقط. ونشر الفريق ملخص نتائج الدراسة على موقع "بيورآركايف" (BioRxiv)، وذلك قبل نشرها في دورية علمية محكمة.
تكنولوجيا تحاكي حاسة الشم البيولوجية

فريق الجامعة يعمل على تطوير تكنولوجيا يمكن أن تحاكي حاسة الشم، لكنه يعلم أنه لا يمكن أن يتنافس شيء صناعي مع سرعة وحساسية وخصوصية حاسة الشم البيولوجية. يقول ديباجيت ساها الأستاذ المساعد في الهندسة الطبية الحيوية في جامعة ولاية ميشيغان "الأنوف متطورة جدا ولا يوجد شيء مثلها حقا عندما يتعلق الأمر باستشعار الغاز".
الفريق يقوم أساسا "باختراق" دماغ الحشرات لاستخدامها في تشخيص المرض (ديريك تيرنر-جامعة ولاية ميشيغان) لهذا السبب نثق في الكلاب والحيوانات الفائقة في الشم لاكتشاف الروائح المنبهة للمخدرات والمتفجرات، كما تم استخدامها في الآونة الأخيرة لاكتشاف انخفاض نسبة السكر في الدم وحتى كوفيد-19. وأضاف أن "الباحثين يعملون على تطوير "أنوف إلكترونية" لأكثر من 15 عاما، لكنهم ما زالوا غير قريبين من تحقيق ما يمكن أن تفعله البيولوجيا بشكل سلس".
وأوضح مدير معهد العلوم والهندسة الصحية الكمية كريستوفر كونتاغ أن "الكشف المبكر عن السرطان مهم للغاية، ويجب أن نستخدم كل أداة ممكنة لتحقيق ذلك"، فعندما يتم اكتشاف السرطان في مرحلته الأولى يكون لدى المرضى فرصة 80 إلى 90% للبقاء على قيد الحياة، ولكن إذا لم يتم اكتشافه حتى المرحلة الرابعة فإن هذه الأرقام تنخفض إلى ما بين 10 و20%.
الخلايا السرطانية تطلق مركبات كيميائية مختلفة

ووجد الباحثون أن الخلايا السرطانية تعمل بشكل مختلف عن الخلايا السليمة؛ إذ إنها تخلق مركبات كيميائية مختلفة لأنها تعمل وتنمو، وإذا وصلت هذه المواد الكيميائية إلى رئتي المريض أو مجاريه الهوائية فيمكن اكتشاف المركبات في الزفير.
وأوضح ساها أنه "من الناحية النظرية يمكنك التنفس من خلال جهاز ما، وسيكون قادرا على اكتشاف أنواع السرطان المتعددة والتمييز بينها وحتى المرحلة التي يمر بها المرض. ومع ذلك، فإن مثل هذا الجهاز لم يقترب بعد من استخدامه في بيئة سريرية".
الباحثون عملوا على فهم أجهزة الاستشعار الشمية لدى الجراد والدوائر العصبية المقابلة (جامعة ولاية ميشيغان) وأوضح ساها أن الفريق يقوم أساسا "باختراق" دماغ الحشرات لاستخدامها لتشخيص المرض. واختار ساها وفريقه العمل مع الجراد كمكون بيولوجي، لكونه خدم على مدار عقود المجتمع العلمي بوصه كائنات نموذجية مثل ذباب الفاكهة.
قدرة أجهزة الاستشعار الشمية لدى الجراد

وعمل الباحثون على فهم أجهزة الاستشعار الشمية لدى الجراد والدوائر العصبية المقابلة، ثم قاموا بتوصيل الأقطاب الكهربائية بأدمغة الجراد بشكل سهل نسبيا، وسجلوا استجابات الحشرات لعينات الغاز التي تنتجها الخلايا السليمة والخلايا السرطانية، ثم استخدموا تلك الإشارات لإنشاء ملامح كيميائية للخلايا المختلفة.
وأوضح البيان الصحفي أن أحد محاور بحث "كونتاغ" يكمن في فهم سبب ظهور الخلايا من سرطانات الفم بشكل مميز تحت مجاهر فريقه وأدواتهم البصرية، حيث وجد مختبره مستقلبات مختلفة في خطوط خلوية مختلفة، مما ساعد في حساب الاختلافات البصرية بينها.
واتضح أن بعض تلك المستقلبات كانت متقلبة، مما يعني أنها يمكن أن تحمل مع الهواء وبالتالي يمكن أن نشمها. وقال كونتاغ "بدت الخلايا مختلفة تماما من الناحية الأيضية، وبدت مختلفة بصريا"، وأضاف "نعتقد أنه من المنطقي أن ننظر إليها كمواد متطايرة".
الفريق عمل على التحقق من قدرة الجراد على تمييز الخلايا السليمة عن الخلايا السرطانية (ويكيبيديا) وعمل الفريق على التحقيق في مدى قدرة الجراد على تمييز الخلايا السليمة عن الخلايا السرطانية باستخدام 3 خطوط مختلفة لخلايا سرطان الفم. وقال كونتاغ "توقعنا أن تبدو الخلايا السرطانية مختلفة عن الخلايا الطبيعية"، وأضاف "ولكن عندما تمكنت الحشرات من التمييز بين 3 أنواع مختلفة من السرطان عن بعضها البعض كان ذلك مذهلا".
رغم أن نتائج الفريق ركزت على سرطانات الفم، فإن الباحثين يعتقدون أن نظامهم سيعمل مع أي سرطان يقوم بإدخال المستقلبات المتطايرة في التنفس، وهو الأمر الذي يحدث في معظم أنواع السرطان. وفي بيانهم الصحفي، أعلن الباحثون أنهم بدؤوا بالتعاون مع مدير برنامج "هنري فورد" لسرطان الرأس والرقبة ستيفن تشانغ من أجل اختبار نظام الكشف عن التنفس البشري.