اكتشف العلماء جزيءًا طبيعيًا للوقاية من الشمس لم يسبق له مثيل

حدد العلماء مركبًا طبيعيًا لم يكن معروفًا من قبل، تنتجه البكتيريا الزرقاء المحبة للحرارة، ويساعد على الحماية من الأشعة فوق البنفسجية.

يمكن للمكونات الطبيعية الواقية من الشمس أن تحمي البشرة من الإشعاع الضار مع تقليل مخاطر الحساسية. في دراسة حديثة، حدد العلماء مركبًا غير معروف سابقًا يسمى هيدروكسي ميكوسبورين-ساركوسين المرتبط بالجلوكوز والذي يتم إنتاجه بواسطة البكتيريا الزرقاء المحبة للحرارة عندما تتعرض للأشعة فوق البنفسجية فئة A/UV-B وظروف الملوحة العالية.

على عكس ما يشبه الميكوسبورين المعروف الأحماض الأمينية (MAAs)، يتم تشكيل هذا المركب من خلال طريق بديل للتخليق الحيوي. يوفر هذا الاكتشاف فرصًا جديدة للتكنولوجيا الحيوية الصناعية التي تركز على تطوير مواد ترشيح الأشعة فوق البنفسجية المشتقة بشكل طبيعي.

البكتيريا الزرقاء هي كائنات دقيقة تقوم بالتمثيل الضوئي وتطلق الأكسجين وهي معروفة بقدرتها على النمو في البيئات القاسية. للتعامل مع الإجهاد الشديد، يقومون بتصنيع مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية، بما في ذلك المستقلبات الأولية والثانوية. ومن بين هذه الأحماض الأمينية الشبيهة بالميكوسبورين (MAAs)، وهي جزيئات صغيرة قابلة للذوبان في الماء تمتص الأشعة فوق البنفسجية.

تساعد MAAs على حماية الخلايا من أضرار الأشعة فوق البنفسجية وتعمل أيضًا كمضادات للأكسدة عن طريق تحييد الأكسجين التفاعلي المرتبط بالإجهاد صِنف (روس). على الرغم من أن جميع MAAs تشترك في بنية أساسية مماثلة، فإن الأشكال العديدة التي تم تحديدها حتى الآن تختلف بشكل كبير في تركيبها الكيميائي، مما يؤثر على كيفية عملها بيولوجيًا.

الحاجة إلى بدائل أكثر أمانًا لواقي الشمس

مع تزايد المخاوف بشأن زيادة التعرض للأشعة فوق البنفسجية وارتفاع معدلات الإصابة بسرطان الجلد، يبحث الباحثون بنشاط عن مركبات مشتقة بيولوجيًا يمكن أن توفر حماية فعالة من أشعة الشمس. يمكن أن تمنع واقيات الشمس الكيميائية التقليدية الأشعة فوق البنفسجية، ولكنها غالبًا ما ترتبط بتهيج الجلد واستجابات الحساسية وغيرها من التأثيرات غير المرغوب فيها.

في المقابل، فإن MAAs متوافقة حيويًا ويُنظر إليها على نطاق واسع على أنها آمنة للاستخدام البشري، مما يجعلها جذابة بشكل خاص للتكنولوجيا الحيوية المستدامة والإنتاج على نطاق واسع لمكونات الوقاية من الشمس الطبيعية.

في دراسة جديدة، اكتشف فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور هاكوتو كاجياما من جامعة ميجو والبروفيسور رونجارون واديتي-سيريساثا من جامعة تشولالونجكورن، جزيء MAA جديدًا من البكتيريا الزرقاء الحرارية التي تعيش في الينابيع الساخنة في تايلاند. ويساهم هذا الاكتشاف أيضًا في فهم استراتيجيات البقاء لهذه البكتيريا الزرقاء، والبقاء على قيد الحياة في الظروف البيئية القاسية.

يقول البروفيسور كاجياما، أثناء حديثه عن الدافع وراء الدراسة: “إن فهم التخليق الحيوي المستجيب للإجهاد في البكتيريا الزرقاء المحبة للظروف القاسية قد يؤدي إلى تسريع التكنولوجيا الحيوية الصناعية لإنتاج الأصباغ الطبيعية ومضادات الأكسدة”. وقد نشرت النتائج مؤخرا في المجلة علم البيئة الشاملة.

الهيكل والتخليق الحيوي لـ GlcHMS326

عزل الفريق ثماني سلالات من البكتيريا الزرقاء المحبة للحرارة من ينبوع Bo Khlueng الساخن في مقاطعة راتشابوري بتايلاند. في ظل الإعداد التجريبي، أنواع الجليوكابسا أنتجت سلالة BRSZ مركبًا جديدًا ممتصًا للأشعة فوق البنفسجية استجابةً للتعرض للأشعة فوق البنفسجية فئة A والأشعة فوق البنفسجية فئة B.

تم تحليل هذا المركب، الذي تم تحديده على أنه هيدروكسي ميكوسبورين-ساركوسين المرتبط بالجلوكوز (GlcHMS326)، بشكل أكبر لفهم تفصيلي لبنيته وآليته الوظيفية. يخضع هذا المركب الجديد لتعديلات كيميائية ثلاثية – الجليكوزيل، والهيدروكسيل، والميثيل – والتي لم يتم الإبلاغ عنها في MAAs المشتقة من البكتيريا الزرقاء من قبل. أظهر التحليل الجيني أن هذه البكتيريا الزرقاء تمتلك فرعًا فريدًا من الجينات المرتبطة بهذه التعديلات.

المزايا الوظيفية تحت الضغط البيئي

يتم إنتاج GlcHMS326 بقوة بواسطة الأشعة فوق البنفسجية A وUV-B والإجهاد الملحي. ومن المثير للاهتمام، أنه على الرغم من أن البكتيريا الزرقاء يتم الحصول عليها من ينابيع المياه الساخنة، إلا أن إنتاج MAA هذا لا يرتبط بالإجهاد الحراري.

تساهم التعديلات الكيميائية في GlcHMS326 في خصائصه الهيكلية والوظيفية الفريدة. يمكن للميثيل أن يعزز الاستقرار وخصائص امتصاص الأشعة فوق البنفسجية وقدرة مضادات الأكسدة لمركبات MAA. تم اقتراح الغليكوزيل من MAAs لتعزيز استقرارها ودعم الحماية الضوئية والدفاع المضاد للأكسدة.

يُظهر هذا المركب خاصية أعلى لكسح الجذور الحرة مقارنةً بـ MAAs الأساسية، مما يشير إلى أن البنية المشتقة لـ GlcHMS326 تساهم في تعزيز إمكاناته المضادة للأكسدة.

الأهمية البيئية والتكنولوجية الحيوية

تساهم نتائج هذه الدراسة في فهم كيفية قيام البكتيريا الزرقاء التي تعيش في البيئات القاسية بتطوير مسارات التمثيل الغذائي بشكل فريد لإنتاج مادة طبيعية خاصة ممتصة للأشعة فوق البنفسجية. يلعب هذا MAA الفريد دورًا محوريًا في تحمل الإجهاد اللاأحيائي جليوكابسا الأنواع ومن المحتمل أن تخدم وظائف متعددة في هذه البكتيريا الزرقاء المحبة للحرارة.

ولتسليط الضوء على أهمية الدراسة، يقول البروفيسور واديتي-سيريساثا: “تعتبر البكتيريا الزرقاء فريدة من نوعها بين عالم الميكروبات. وتؤكد دراستنا الأخيرة أن البكتيريا الزرقاء المحبة للظروف القاسية ليست مهمة بيئيًا فحسب، بل تمثل أيضًا مجالًا رئيسيًا للبحث في تخصصات متعددة.”

التطبيقات المستقبلية في واقيات الشمس المستدامة

تكمن أهمية هذا المركب في وظائفه المتنوعة وإمكانية الإنتاج المستدام على نطاق واسع باستخدام “المصانع الحيوية” للبكتيريا الزرقاء.

يمكن استخدام هذا المركب كبديل لبعض مرشحات الأشعة فوق البنفسجية الاصطناعية التي تثير المخاوف البيئية، وتدعم تطوير واقيات الشمس الصديقة للبيئة. يشير نشاطه المضاد للأكسدة أيضًا إلى تطبيقاته المحتملة في مستحضرات مكافحة الشيخوخة والعناية بالبشرة والمستحضرات الصيدلانية.

ويخلص البروفيسور كاجياما إلى أن “هذا الاكتشاف يذكرنا بأن الطبيعة لا تزال تحمل العديد من المفاجآت الكيميائية. وتكشف البكتيريا الزرقاء المحبة للظروف القاسية عن جزيئات غير شائعة يمكن أن تلهم اتجاهات جديدة في العلوم الأساسية والتكنولوجيا الحيوية المستدامة”.

المرجع: “اكتشاف واقي شمسي طبيعي جديد من البكتيريا الزرقاء المحبة للحرارة مع مسار صناعي حيوي فريد من نوعه واستجابته النسخية للضغوط البيئية” بقلم ساسيبرابا سامسري، وتايكي أونو، وسوفون سيريساتا، وياسوهيرو نيشيكاوا، وأوسامو هارا، وستيفن بي بوينتينغ، وهاكوتو كاجياما، ورونغرون واديتي-سيريساثا، 1 ديسمبر 2025، علم البيئة الشاملة.
دوى: 10.1016/j.scitotenv.2025.181006

تم دعم هذا العمل من خلال المنح البحثية التالية: صندوق أبحاث العلوم والابتكار في تايلاند جامعة تشولالونجكورن (FOOD_FF_68_121_2300_022) (إلى رونجارون واديتي-سيريساثا)، وزارة التعليم في سنغافورة MOE-T2EP30123-0007 (إلى رونجارون واديتي-سيريساثا وستيفن ب. بوينتينج)، المنحة البحثية المقدمة من مؤسسة هيبي للعلوم (إلى هاكوتو Kageyama)، الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم منح KAKENHI 24K08623 (إلى Hakuto Kageyama)، وزمالة ما بعد الدكتوراه، صندوق القرن الثاني (C2F)، جامعة شولالونجكورن (إلى Sasiprapa Samsri).

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.