التلوث الاشعاعي

لا يخفى على احد للإشعاع من تدمير للأنظمة الحيوية على الأرض. وعندما كان الاشعاع كبيرا في العصور الغابرة على الأرض لم تكن هناك حياة عليها، وعندما خفت حدته بدأت الحياة بالنشؤ. وفي الوقت الحاضر توجد النشاطات الاشعاعية في مفاعلات الانشطار الطبيعي في بعض المواقع، ولا زالت النشاطات الاشعاعية الطبيعية والتي تدمر اهم الجزيئات الحيوية وهي DNA تؤثر على الاحياء وتنتج من الاشعة فوق البنفسجية وغيرها من الاشعاعات التي تؤدي الى توليد العوامل المؤكسدة لتهاجم الأنظمة الحيوية التي اهم ميزاتها انها أنظمة مختزلة، ومما يزيد الضرر على الانظمة الحيوية تكرار تعرضها لدورات الجفاف او دورات ارتفاع وانخفاض بدرجات الحرارة، ولكن المشكلة الأساسية مع تلوث الاشعاع لا تكمن في المصادر الطبيعية وانما في فعاليات الإنسان التي دمرت البيئة وأصبح يتطلع الى مختلف التوجهات لإصلاحها ثانية.

وقد انتجت الحرب الباردة تلوث اشعاعي كبير فهناك النفايات النووية في التربة التي قدرت بـ ⁷10x7 متر مكعب، كما ان هناك ما يقرب من 4 تريليون لتر من المياه الجوفية الملوثة وهذه تجمعت منذ اربعينيات القرن الماضي، وأغلب هذه الملوثات نتجت من فعاليات الدول التي تسمى المتقدمة. اضافة الى ذلك فالإنسان لم يتعظ بما حصل من تلوث وإنما تفنن في انتاج اسلحة نووية مخففة لتستعمل في الكبيرة والصغيرة من المشاكل بين الدول. وهذه المخففة تحتاج الى مئات ومئات السنين حتى تختفي آثارها ان لم تضاف إليها امدادات اخرى. ومما يزيد من خطورة الاشعاع انه عالمي الانتشار، وعند حدوث التلوث به لا يمكن احتوائه في مكان.

ومعالجة التلوث الاشعاعي بالطرق الحيوية تكاد تكون أنجع الوسائل لأنها تضيف تلوثا على تلوث، كما انها تعمل بظروف معتدلة. وتوجد احياء تقوم بهذه المهمة مثل أفراد عائلة Deinococcaceae . وتعتمد الآليات الحيوية على عمليات الاكسدة والاختزال، فهناك بعض الانواع التي تستطيع اختزال اليورانيوم وغيره من المعادن مثل Cr VI , Tc VII , U VII تحت الظروف الهوائية واللاهوائية اعتمادا على الظروف المطبقة ويمكن ان تتم بدرجات حرارية مرتفعة باستعمال أحياء محبة للحرارة. ان اختزال الايونات الموجبة متعددة التكافؤ يمكن ان تؤثر على قابلية ذوبانها وبالتالي يقيد حركتها في البيئة وهذه تكون ملائمة لتقييد المعادن وانويتها المشعة Radionuclides ضمن الموقع البيئي الذي توجد فيه. ونظرا لخطر الاشعاع تم الاهتمام بالأحياء والبكتريا على وجه الخصوص التي يمكن ان تستعمل في حل هذه المعضلة ومنها :

عائلة Deinococcaceae

وهي أكثر الاحياء في حالة الطور الخضري تحملا ومقاومة للإشعاع الموجودة على الأرض. وتضم العائلة جنس Deinococcus الذي يضم 7 أنواع موصوفة لحد الان وأفرادها هي الاكثر مقاومة للإشعاع من بين الاحياء المدروسة او المكتشفة.

المواصفات العامة للبكتريا

هي مكررات موجبة لصبغة كرام، لا تكون الابواغ، كبيرة الحجم اذ يصل قطرها الى 1 – 2 مايكرومتر، تتجمع بشكل رباعيات، هوائية، غير مرضية توجد في التربة وسهلة الزراعة في المختبر، وبعض أفراد العائلة ينتج صبغة حمراء، تقاوم العديد من ظروف الاجهاد اضافة الى الاشعاع، فهي تقاوم العوامل المؤدية الى الاجهاد التأكسدي مثل بيروكسيد الهيدروجين، تقاوم الجفاف وغيرها من العوامل المدمرة للـ DNA. تنتشر في جميع انحاء العالم، وتمتاز بقابليتها على التحول الوراثي السهل بواسطة قطع كبيرة من DNA الكروموسومي او البلازميدي.

ومن أهم افرادها المقاومة للإشعاع والتي درست بشكل مفصل وزاد الاهتمام بها مقارنة بالأنواع الاخرى هو :

• D. radiodurans : وتوجد منها سلالات عزلت على مدى زمني مختلف، فالسلالة R1 والتي تسمى أيضاً سلالة DEIRA عزلت في ولاية Oregon عام 1956 من لحوم معلبة تالفة عقمت بتعريضها للأشعة السينية. والسلالة SARK عزلت بعد السلالة الأولى بوقت قصير من هواء ملوث في احد مستشفيات مدينة Ontario وسجلت عام 1958 ، وبعد ذلك تم تسجيل عدد اخر من الانواع منها :
• D. geothermalis عزلت من الينابيع الحارة في البرتغال وقد زاد الاهتمام بها لمعالجة التلوث الاشعاعي عند درجة حرارة مرتفعة لأنها محبة للحرارة، وذلك لان مناطق التلوث الاشعاعي ترتفع فيها الحرارة الى حوالي 70م◦ نظرا لتفكك الانوية المشعة.
• D. murrayi عزلت من مناطق الينابيع الحارة في ايطاليا.
• D. radiopugnans عزلت من انسجة أسماك Hoddock.
• D. radiophilus عزلت من البط الهندي.
• D. proteolyticus عزلت من غائط حيوان اللاما Lama glama.
• D. grandis عزلت من غائط الفيلة وتمتاز بشكلها العصوي الغالب.

ويمكن ان تعزل البكتريا من الأدوات الطبية المعقمة بالاشعاع وكذلك من أنظمة تقنية الهواء.

ومن دراسة تواليات 16S rRNA وجد ان هناك علاقة وثيقة لجنس Deinococcus بالجنس المحب للحرارة Thermus ، اذ يحتوي الجنسان على غلاف معقد التركيب من الأغشية الخارجية و S – layers ، واحتواء المكوثر الجداري Murine على الحوامض الامينية الاورنثين والكلايسين، ولكن جنس Thermus خلاياه سالبة لصبغة كرام. ويوضع الجنسين في مرحلة تطورية واحدة من شجرة الحياة تحت مسمى Thermus – Deinococcus group .

تقاوم البكتريا D. radiodurans و D. geothermalis الاشعاع بشكل ملفت للنظر ولو ان الثانية تكون بدرجة اقل من الأولى وتكون حساسة للمطفر (NTG) Nitrosoguanidine الذي يؤدي الى اخطاء في ازدواج القواعد النتروجينية اثناء التضاعف.

وقد حظيت البكتريا D. radiodurans باهتمام كبير وتعرضت للتحليل الوراثي وتحديد القواعد النتروجينية في جينومها وطورت الوسائل لتحويرها الوراثي. وتعد نموذجا دراسيا ملائم جدا لدراسة عمليات اصلاح الحوامض النووية في الكائنات الحية. اضافة الى تشجيع استعمالها في معالجة النفايات النووية. وتستطيع D. radiodurans العيش بشكل طبيعي بوجود اشعاع بمستوى 6 كيلوراد / ساعة دون تأثير على معدل نموها او قابليتها للتعبير عن الجينات الغريبة المنقولة إليها، في حين تموت خلايا E. coli والخلايا الخضرية من Bacillus عند هذه الجرعة. كما تستطيع تحمل وجود اشعاع بمستوى 1500 كيلوراد من اشعة كاما دون ان تحدث فيها طفرات مقابل استعمال 100 – 200 كيلوراد لتعقيم الادوات وغيرها من E. coli او جنس العصيات.

ان استعمال الاشعاع يؤدي الى حدوث عدد كبير من الكسور في الاشرطة المزدوجة (DSBs) Double – stranded breaks والتي تعد من أهم أنواع الضرر الذي يصيب الاشرطة المزدوجة ويؤدي الى الموت لان الخلايا لا تتحمل عدد قليل من الكسور. ويعتقد ان المقاومة التي تبديها البكتريا تعود الى وجود انظمة تصليح للـ DNA  كفؤة جداً.

التراكيب الخاصة بـ D. radiodurans

قبل الخوض في المسائل الوراثية هناك بعض الصفات التركيبية التي تمتاز بها البكتريا والتي يمكن ذكرها وان كانت الخلايا تمثل مجمع صفات من خلايا الاخرى كما سيتضح لاحقا.

فكما ذكر آنفا ان البكتريا موجبة لصبغة كرام ولكنها تحوي على غلاف غير طبيعي وهو غير موجود في الاجناس الاخرى، فهو يختلف عن ما موجود في البكتريا السالبة لصبغة كرام، وتحوي الخلايا على طبقات سميكة من الببتيدوكلايكان ربما لا يسمح بقصر الصبغة عند استعمالها. ويتكون الغلاف Envelop من الأغشية الخلوية واغشية خارجية تفصل بينها طبقة الببتيدوكلايكان التي يصل سمكها الى 14 – 20 نانومتر. ويحوي الغلاف أيضاً على طبقة خاصة لم توصف في البكتريا الاخرى. ودراسات المجهر الالكتروني وتظهر ان الغلاف يحتوي على 6 طبقات، الداخلية هي الغشاء الخلوي تأتي بعدها طبقة الببتيدوكلايكان وتبدو مثقبة ربما تستعمل لتسهيل تصدير بعض المواد من داخل الخلايا عند تعرضها للإشعاع. وتلي طبقة الببتيدوكلايكان طبقة ثالثة مقسمة ثم طبقة رابعة هي الأغشية الخارجية. اما الطبقة الخامسة فهي طبقة غير متميزة Electrolucent zone ، والطبقة الاخيرة هي طبقة من البروتينات ذات ترتيب سداسي الشكل وهي طبقة S – layers المشابه لما موجود في البكتريا الحاوية عليها. وبعض السلالات تحوي على طبقة مكثفة من الكاربوهيدرات. وكل من الببتيدوكلايكان والغشاء الخلوي تشارك في تكوين الحواجز عند الانقسام والباقي تعد غلاف او غمد Sheath نظراً لأنها تحيط بمجموعة من الخلايا وتتكون على سطوح الخلايا البنوية عند الانفصال.

اما الغشاء الخلوي والغشاء الخارجي فتحتوي على حوامض دهنية مميزة للبكتريا D. radiodurans اذ تحوي على عدد من ذرات الكاربون تبدأ من 15 – 18 ، وتوجد فيها حوامض مشبعة وغير مشبعة ولم يسجل وجود الحوامض الدهنية المشبعة Polyunsaturated او الحلقية Cyclopropyl والحوامض الدهنية المتفرعة. والبكتريا لا تحوي على الدهون الفوسفاتية الموجودة في دهون الأغشية الخلوية للبكتريا وإنما تحوي على دهون سكرية فوسفاتية Phosphoglycolipids الحاوية على Alkyamine وهذه ميزة لدهون البكتريا.

المصادر

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