مدیریت زیستی با استفاده از شاخص‌های بیولوژیکی

به گزارش زیست آنلاین، سالیان سال است که دانشمندان درصدد هستند تا راهی برای شناخت بهتر محیط اطراف خود پیدا کنند. تحقیقات نشان میدهد که شهرنشینی تاثیر بسزایی در تغییر برخی از سازگاری‌های انسان با محیط خود داشته و به همین دلیل است که ما اغلب در برابر بسیاری از اتفاقات طبیعی آنطور که باید از خود واکنش نشان نمیدهیم. پیشرفت علم و فناوری در این میان کمک شایانی برای انسان‌ها تلقی میشود لکن واقعیت این است که عکس العمل صحیح تا حد زیادی منوط به شناخت محیط و تاثیر آن بر زیستمندان دیگر است.

تجاری سازی پپتیدهای ضدباکتری موجود در سنگروی‌سیاهمحققان دانشگاه اولو موفق به کشف قطعات کوچکی از یک پپتید ضدباکتریایی، شده‌اند که از یک میکروب ساکن در گیاه سنگروی سیاه، مشتق می‌شود. این پپتیدها می‌توانند باکتری‌های عامل عفونت‌های مختلف را از بین ببرند. امروزه، نوعی پوشش محافظتی برای ابزارهای پزشکی در حال توسعه است که بر اساس این پپتیدها ساخته شده‌اند و به‌عنوان بخشی از مبارزه علیه گسترش مقاومت آنتی‌بیوتیکی مطرح می‌شوند.

Anna Maria Pirttilä و Tejesvi Mysore از دانشکده بوم‌شناسی و ژنتیک دانشگاه اولو، کارایی این پپتیدها را بهبود بخشیدند. هدف اصلی این تحقیق، یافتن ترکیبات دارویی مفید و مشتق‌شده از گونه‌های گیاهی محلی بود. این تیم چندین گونه مختلف گیاهی نظیر سنگروی سیاه، خلنگ و چای مارش را مورد مطالعه قرار دادند. با این‌حال، نویدبخش‌ترین ترکیبات در گیاه سنگروی سیاه یافت شدند.

Pirttilä ،به نقل از زیست فنگفت: «اجتماعی از میکروب‌ها در برگ‌ها و ساقه سنگروی سیاه یافت می‌شود. ما ژن‌های باکتریایی را جدا کردیم و توانایی ترکیبات القاء‌ شده در حذف باکتری‌ها را مورد مطالعه قرار دادیم.” محققان مشاهده کردند که یک زنجیره آمینو‌اسیدی یا یک پپتید متشکل از ۱۱ تا ۱۶ اسید‌آمینه در حذف باکتری‌های مختلف بسیار موفق عمل کرد.

بیشتر بخوانید: شبیه ‌سازی زیستی در بیوتکنولوژی با الگوبرداری از طبیعت اولین کاربرد: یک کاتتر ادراریمحققان برای تجاری‌سازی کاتترهای پوشیده شده از پپتیدهای ضدمیکروبی خود، شرکت استارت‌آپ Chain Antimicrobials Oy را تأسیس کردند. هر ساله در اروپا بیش از ۶۰۰۰ نفر به‌دلیل ابتلا به عفونت‌های دستگاه ادراری جان خود را از دست می‌دهند. عفونت‌های دستگاه ادراری معمولاً پیامد یک عفونت باکتریایی شدید هستند که در طول درمان‌های بیمارستانی و در استفاده طولانی‌ مدت از کاتترها به‌وجود می‌آیند.

استفاده طولانی مدت از کاتترهای ادراری باعث تشکیل بیوفیلم در سطح آن‌ها می‌شود. مقاومت آنتی‌بیوتیکی باکتری‌هایی که در بیوفیلم‌ رشد می‌کنند، ۱۰ تا ۱۰۰۰ برابر بیش‌تر از باکتری‌هایی هستند که آزادانه رشد می‌کنند. بنابراین، از بین بردن بیوفیلم کار بسیار دشواری است.

دکتر Tejesvi Mysore افزود: «ما در حال توسعه یک پوشش پپتیدی مناسب برای جلوگیری از تشکیل و رشد بیوفیلم‌‌ در سطح کاتترها هستیم. فناوری مشابه می‌تواند برای توسعه پوشش‌های محافظتی سایر ابزارهای پزشکی که با مشکل تشکیل بیوفیلم مواجه هستند، مورد استفاده قرار گیرد. از جمله این ابزارها می‌توان به لوله‌های اینتوباسیون و انواع مختلف ایمپلنت‌ها اشاره کرد. با این حال، ما محصول نهایی را به‌عنوان یک فناوری به فروش می‌رسانیم و شرکت‌های تولیدکننده ابزارهای پزشکی این فناوری را خواهند خرید.»

شاخص‌ها یا نشانگرهای بیولوژیکیبیواندیکاتورها یا شاخص‌های بیولوژیکی یکی از راه‌های شناخت بهتر محیط هستند. در واقع بیواندیکاتورها همان گونه ها یا جوامع مختلف گیاهی یا جانوری و فرآیندهای بیولوژیکی هستند که به منظور ارزیابی کیفی محیط و سنجش سلامت مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از ساده ترین مثال‌های یک شاخص بیولوژیکی را میتوان در معادن ذغالسنگ جستجو کرد : قناری‌ها! به راستی هدف از نگهداری قناری در معادن چیست؟ تاریخچه صنعت استخراج از معدن نشان میدهد که این پرندگان خوشالحان دیر چندی است که همراه معدنچیان به اعماق زمین برده میشوند. ظرفیت اندک ریه ها و سیستم یکطرفه هواگیری شش‌ها در این پرنده باعث شده تا آسیب پذیری آن‌ها نسبت به مقادیر ناچیز گاز مونواکسیدکربن و متان بسیار بیشتر از انسان‌ها باشد و به همین دلیل است که قناری‌ها میتوانند ناجی معدنچیان باشند. توسعه جهان مدرن و افزایش نگرانی‌ها از وضعیت سلامت انسان‌ها سبب گردید تا شاخص‌های بیولوژیکی جای پای خود را در دنیای علم محکم‌تر کنند. اصل مساله شاخص‌های بیولوژیکی در ظرفیت تحمل گونههای مختلف نسبت به موقعیت‌های مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی نهفته است.

استفاده بیولوژیک از حیوانات

کاربرد شاخص‌های بیولوژیکی در ایرانبسیاری از محققان محیط زیست مدتهاست که کاربرد بیواندیکاتورها را در دستورکار دارند. سنجش سلامت ذخایر آب شیرین با استفاده از بیواندیکاتورها نمونه ای برجسته از این تحقیقات است چرا که مدیریت و حفاظت از منابع آبی محدود کشور، اولین گام در راستای بهره برداری اصولی از آن‌ها است.

بیواندیکاتورها در تحقیقات علمی کشور ما نیز حضوری ملموس دارند. بسیاری از محققان محیط زیست مدتهاست که کاربرد این شاخص‌ها را در دستورکار دارند. سنجش سلامت ذخایر آب شیرین با استفاده از بیواندیکاتورها نمونه ای برجسته از این تحقیقات است چرا که مدیریت و حفاظت از منابع آبی محدود کشور، اولین گام در راستای بهره برداری اصولی از آن‌ها است. در عین حال بایستی به خاطر داشت که کاربرد شاخص‌های شناخته شده بیولوژیکی اروپایی و آمریکایی به دلایل مختلف از جمله تفاوت در شرایط جغرافیایی و تنوعزیستی خالی از اشکال نیست.

مطالعه تاثیر اقلیم و چرای درازمدت بر شاخص‌های بیولوژیکی کیفیت خاک از جمله دیگر تحقیقات انجام شده در این رابطه است که نمونه ارزشمندی از آن در سال ۱۳۸۶ و به همت اساتید دانشگاه صنعتی اصفهان و دانشگاه تربیت مدرس در بخشی از مراتع زاگرس مرکزی انجام شد. این مساله را می‌توان اینطور تشریح کرد که اقلیم یکی از فاکتورهای موثر در تعیین ترکیب گونه های گیاهی یک منطقه، مقدار تولیدات گیاهی و شدت فعالیت میکروبی است لذا ردیابی اثر آن بر ویژگی‌های خاک میتواند اطلاعات باارزشی را به همراه داشته باشد. از طرف دیگر چرای دام نیز عاملی است که بر افزایش یا کاهش تنوع گونه ای، تبخیر و تعرق، میزان رواناب و هدررفت مواد غذایی خاک تاثیر میگذارد. هر دو عامل مذکور سبب تغییر در میزان کربن آلی خاک میشوند که یکی از کلیدیترین شاخص‌های بیولوژیکی سنجش سلامت خاک است. سنجش کربن آلی خاک، میزان نیتروژن و کربن توده زنده میکروبی در منطقه زاگرس مرکزی توانست اطلاعات فوق العادهای را جهت مدیریت چرا در اختیار این پژوهشگران قرار دهد .

از سوی دیگر کارشناسان دانشگاه های علوم پزشکی نیز تحقیقات ارزنده ای را در این رابطه انجام داده اند، به عنوان مثال می‌توان از ارزیابی کارآیی ماسک‌های تنفسی بر اساس شاخص‌های بیولوژیکی یاد کرد. در یکی از این تحقیقات، پژوهشگران جهت بررسی کارآیی ماسک‌های تنفسی و ردیابی آلاینده موسوم به هیدروکربن آروماتیک تولوئن که در بسیاری از صنایع از جمله رنگ سازی تولید میشود، پایش‌های بیولوژیکی ادراری انجام دادند . ارزش چنین تحقیقاتی زمانی بیشتر مشخص میشود که تاثیر آن‌ها بر سلامت انسان‌ها در نظر گرفته شود. در مطالعه ای مشابه پژوهشگران دانشگاه های علوم پزشکی اصفهان، همدان و لرستان نسبت به پایش بیولوژیکی گاز هیدروژن فلورای اقدام کردند. این گاز کاربرد زیادی در صنعت شیشه سازی، تولید لامپ و سرامیک سازی دارد. پایش بیولوژیکی این گاز نیز طبیعتاً میتواند پیشنهاد راهکارهای موثر و عملی تر را به دنبال داشته باشد. در مجموع دامنه تحقیقات علمی در این رابطه به حدی گسترده است که در این مختصر نمی گنجد.

بیشتر بخوانید: افزایش تولید گیاهان دارویی با باززایی و ریزازدیادی توصیف شاخص‌های بیولوژیکی برای یک گونه ثبت شده در ایران فرآیندهای بیولوژیکی تاثیرگذار بر یک موجود زنده میتوانند بخوبی نقش یک شاخص بیولوژیکی را ایفاء کنند. به عنوان مثال خامه ماهی یا Milkfish با نام علمی (Chanos chanos) یکی از ماهیانی است که در اقیانوس‌های گرم یافت میشود. این ماهی را اغلب میتوان در جاهایی که درجه حرارت آب بالاتر از ۲۰ درجه سانتیگراد است، جستجو کرد. حساسیت این نوع ماهی نسبت به درجه حرارت خاصی از آب میتواند بعنوان یک شاخص بیولوژیکی قلمداد شود. این ماهی در ایران معمولاً در رودخانه های منتهی به تنگه هرمز یافت میشود. برخی از متخصصین باور دارند که خامه ماهی در آب‌های خلیج فارس وجود ندارد چرا که درجه حرارت آب‌های ناحیه ساحلی این محدوده در زمستان اغلب پایینتر از میزان تحمل این نوع آبزی است. این گونه در عین حال اهمیت بسزایی از نظر غذایی دارد و پرورش آن اقتصادی تلقی میشود. لذا شناسایی شرایط زیستی خامه ماهی نه تنها از نظر زیست شناسان بلکه حتی از نظر منافع اقتصادی بلند مدت اهمیت دارد.

خامه ماهی بطور طبیعی در آب‌های شور تخم‌گذاری میکند و از این نظر نیز حساسیت آن نسبت به میزان خاصی از شوری به نوعی یک شاخص بیولوژیکی است. بایستی به خاطر داشت که چرای دام، آتشسوزی و قطع بیرویه درختان از جمله اغتشاشات زیست محیطی مرتبط با عوامل انسانی است که میتواند بر وضعیت محیطزیست از جمله رودخانه هایی که زیستگاه این ماهی تلقی میشوند، تاثیر داشته باشد و بالطبع استرس‌های دیگری را بر این موجود وارد نماید. نخستین پاسخ خامه ماهی‌ها نسبت به آلودگی‌های حرارتی در سطح سلولی نمودار میشود.

یک شاخص بیولوژیکی خوبشاید ساده ترین پرسشی که در مورد شاخص‌های بیولوژیکی وجود دارد، این باشد که چگونه میتوان از میان ۱.۷ میلیون گونه ای که در حال حاضر در جهان وجود دارد، بهترین گزینه را انتخاب کرد؟ پاسخ به این پرسش بسیار ساده است چرا که به واقع تنها یک گونه خاص نمیتواند معرف اغتشاشات و فشارهایی باشد که بر محیط وارد میشوند. انتخاب شاخص‌های بیولوژیکی مناسب بستگی به محیط خاص، اختلالات محیطی و البته حضور گونه های مختلف دارد. اکولوژیست‌ها موفق شده اند که مجموعه وسیعی از معیارها را در این زمینه تعریف کنند و به همین دلیل راه تا حدودی برای پژوهشگران هموار شده است.

پروتئین‌های شوک حرارتی، گروهی از پروتئین‌ها هستند که بوسیله شوک حرارتی تحریک میشوند. غالب ترین این گروه از پروتئین‌ها، آن‌هایی هستند که باعث پیچ خوردن یا حتی باز شدن پیچ دیگر پروتئین‌ها میشوند. این پروتئین ها در تمامی ارگانیسم‌های زنده از باکتری‌ها گرفته تا انسان‌ها یافت میشوند. آلودگی‌های حرارتی در اصل باعث افزایش سنتز این نوع از پروتئین‌ها میشوند چرا که سلول‌های هر موجود زنده تحت شرایط شوک حرارتی تمام تلاش خود را میکند تا عملکرد حیاتی سلولی مختل نشود.

اگر محققان بتوانند کمیت پروتئین‌های شوک حرارتی را در شرایط مختلف حرارتی اندازه گیری کنند، آنگاه امکان سنجش و ارزیابی تغییرات محیطی فراهم میشود. بدیهی است که اگر فشارها و استرس‌های حرارتی در یک محیط دوام پیدا کند، آنگاه تغییرات فیزیولوژیکی مستقیماً بر رفتار و حتی بر میزان رشد ماهی‌ها تاثیر خواهد گذاشت. در مواقع بحرانی اغلب شرایط به نحوی آشکار تغییر میکند چنانچه میتوان شاهد کاهش معنادار جمعیت ماهیان و حتی انقراض‌های در مقیاس محلی هم بود.

موجودات بیولوژیک

مزایا و معایب شاخص‌های بیولوژیکیبیواندیکاتورها درست همانند سایر روش‌های اندازه گیری مزایا، معایب، خطاها و البته دقت‌های خاص خود را دارند. دامنه تاثیرات انسانی بر محیط به اندازه ای پیچیده و ناشناخته است که گاه حتی بیواندیکاتورها نیز نمیتوانند محققان را به یک جمع بندی درست برسانند. به عنوان مثال شاخ‌های گوزن‌ها که در جای خود معیار خوبی برای ثبت اطلاعات محیطی است گاه میتواند برخی از اطلاعات را ثبت و برخی دیگر را به هیچ وجه نمودار نسازد. بیماری‌ها، انگل‌ها، رقابت و شکار از جمله مواردی هستند که میتوانند فاکتورهای متعددی را تحت تاثیر قرار دهند.

یک شاخص مهره دار بزرگ همانند ماهی اغلب نمی تواند تنوع زیستی جامعه محلی حشرات را نشان دهد. از طرف دیگر گونه هایی که به عنوان شاخص بیولوژیکی انتخاب می شوند، می توانند معرف نیازهای زیستی متفاوتی باشند در نتیجه مدیریت یک اکوسیستم آن هم تنها بر مبنای نیازهای تعدادی شاخص خاص ممکن است نیازهای سایرین از جمله تعدادی از گونه های نادر را آنطور که باید نشان ندهد. اما علیرغم تمامی این محدودیت‌ها مزایای بیواندیکاتورها کم نیست. امکان کاربرد آن‌ها در مقیاس‌های متفاوت از مقیاس سلولی گرفته تا مقیاس اکوسیستمی، جمع آوری اطلاعات از اجزاء گوناگون شیمیایی - فیزیکی و بیولوژیکی، تاثیرپذیری آن‌ها از واقعیت‌های ملموس محیطی و ... همه از جمله مواردی است که شاخص‌های بیولوژیکی را به یکی از موفق ترین روش‌های مدیریت زیستی در سطح جهان مبدل ساخته است.

بیشتر بخوانید: پیشرفت های ایران در تکنولوژی سلول های بنیادی https://zistonline.com/vdcdj905.yt0no6a22y.html