سیانوباکتر، سم یا دارو؟

سموم سیانوباکتری‌ها از ساکنان دریاچه‌ای کوچک در مقابل انگل محافظت می‌کند.

حضور فراوان یکباره سیانو باکتری ها ( که به شکوفایی سیانوباکترها معروف است) ، هر تابستان در دریاچه Erie غربی رخ می‌دهد هم یک پدیده ناخوشایند است و هم با تولید سموم کبدی یک خطر بالقوه بهداشت عمومی محسوب می‌شود که می تواند برای انسان و حیوانات خانگی مضر باشد.

این یک تصویر میکروسکوپ از دو Dentistry Daphnia است که با رژیم های مختلف تغذیه می شوند و در معرض یک پاتوژن قارچی قرار گرفته اند . Daphnia بالا با یک جلبک سبز مغذی تغذیه می شود و بزرگتر است و دارای embryo متعددی در brood chamber است، اما با یک قارچ آلوده است.
حیوانی که در پایین قرار دارد از یک سیانوباکتریوم سمی تغذیه میکند. در نتیجه، کوچکتر است و تنها دارای یک embryo است در حال رشد است اما با پاتوژنی آلوده نیست (و بنابراین، طول عمر بیشتری خواهد داشت).

شکوفایی سیانو باکتری ها که هر تابستان در دریاچه Erieغربی رخ می‌دهد هم یک آفت ناخوشایند است و هم به علت تولید سموم کبدی یک خطر بالقوه بهداشت عمومی محسوب می‌شود که می تواند برای انسان و حیوانات خانگی مضر باشد.
اما سموم تولید شده در توده‌های سیانو باکتری ممکن است اثرات محافظتی نیز بر روی حیوانات کوچک دریاچه که از آنها تغذیه می‌کنند داشته باشد، مانند آنچه که در پژوهش اکولوژیست‌های دانشگاه میشیگان در مورد تاثیرات محافظتی سموم گیاه milkweed بر پروانه های monarch در برابر انگل‌ها مطرح شد.
این مطالعه آزمایشگاهی نشان می دهد که سخت پوست کوچکی مانند میگوی آب شیرینی به نام Daphnia می تواند با مصرف سموم تولید شده توسط سیانو باکتری ها در مقابل انگل‌های قارچی مصون شود. Daphnia که معمولا به عنوان کک آبی شناخته می‌شود، و نقش کلیدی در شبکه های غذایی آب شیرین بازی می کند و یک منبع غذایی حیاتی برای بسیاری از ماهی‌ها است.
مطالعات دانشگاه میشیگان به این پرداخته که آیا اثر حفاظتی که در آزمایشگاه مشاهده شده در دریاچه ها نیز اتفاق می افتد؟
همچنین آنها می خواهند پتانسیل ایجاد داروهای ضد قارچ برای استفاده انسان را بررسی کنند.
این پژوهش برنامه ریزی شده است که در ۱۵ ژنویه در مجموعه مقالات مجله انجمن سلطنتی ب (Proceedings of the Royal Society B) منتشر شود. نویسنده اول کریستل سانچز است، که این پروژه را برای پروژه کارشناسی ارشد خود در دپارتمان بوم‌شناسی و تکامل دانشگاه مشیگان انجام داده است. نویسندگان عبارتند از مشاوران دانشکده ، بوم شناسان دانشگاه میشیگان مارک هانتر و مگان دافی.
هانتر که بیش از یک دهه در بخش بیولوژی دانشگاه میشیگان روی پروانه های شهریار کار کرده است می‌گوید «این مقاله نشان می دهد Daphnia که در دریاچه میشیگان زندگی می‌کند می تواند از طریق مواد سمی تولید شده توسط سیانو باکتری ها در مقابل انگل‌های قارچی مصونیت به دست آورد»
این نمونه ای شگفت انگیز از آبزیی است که مانند پروانه monarch که از طریق مواد سمی در milkweed در مقابل انگل‌هایش از خود محافظت می‌کند. این نشان می دهد که شاید دارو های حیوانی حتی شایع تر از آنچه ما فکر می‌کردیم بوده و حتی به قلمرو آبی گسترش یافته باشند.
چندین دهه است که می‌دانیم حیواناتی مانند شامپانزه برای درمان بیماری های خود به دنبال گیاهان دارویی می‌گردند. در سال های اخیر، لیست این حیوانات داروساز بسیار طولانی‌تر شده است و به نظر می رسد که این عمل در میان حیوانات رایج‌تر از آن باشد که دانشمندان پیش از این تصور می‌کردند.
اما اکثر مطالعات در مورد حیوانات خود درمان گر بر اکوسیستم های زمینی متمرکز شده بود.اطلاعات در مورد رژیم‌های غذایی که به عنوان منابع داروهایی در سیستم های آبی عمل می کند نسبتا کم بوده است.
لازم است روشن سازیم که مطالعه حاضر نشان نمی دهند که Daphnia در طبیعت دست به خود درمانی می‌زند. برای نشان دادن خود درمانی، محققان باید نشان دهند که Daphnia برای کاهش خطر ابتلا به بیماری بین سم تولید شده توسط سیانو باکتری ها و جلبک چه ترجیحی دارد. در مرحله بعدی مطالعه محققان به دنبال شواهدی از این نوع تغذیه انتخابی خواهند گشت.
اما مطالعه حاضر شواهد قوی برای خواص محافظتی سموم گیاهی مصرف شده توسط Daphnia را فراهم می کند.
دافی می‌گوید: پاتوژن های قارچی، اثرات مخربی بر محصولات کشاورزی، حیات وحش، و حتی انسان‌ها دارند، به نظر من، این ایده که ترکیبات مورد نیاز برای مقابله با این عوارض ممکن است در زیر سطح دریاچه محلی ما وجود داشته باشد واقعا هیجان انگیز است.

سانچز Daphnia dentifera که یک گیاهخوار رایج در دریاچه های آمریکای شمالی است را در آزمایشگاه رشد داد و به یک هشتم آنها جلبک های سبز و یا سیانو باکتری خوراند (که قبلا به عنوان جلبک سبز- آبی شناخته می شدند). در حیات وحش، Daphnia از جلبک ها و باکتری های شناور در ستون آب تغذیه می کند؛ آنها بخشی از یک رسته از حیوانات آبزی کوچک هستند که به عنوان چرندگان زئوپلانکتون شناخته می‌شوند.
پنج گونه از جلبک سبز و سه گونه سیانو باکتری مورد استفاده قرار گرفت که به لحاظ ارزش غذایی و سم تولیدی با هم فرق داشتند. جلبک سبز برای Daphnia از سیانو باکتری هایی که تولید سم می کردند ، مغذی تر بود.
سیانو باکتری ها مورد استفاده در این پژوهش شامل یک گونه از Microcystis که یک گروه شایع سیانو باکتری تشکیل دهنده کلونی هستند و تا حد زیادی عامل اصلی شکوفایی سالانه تابستانه در دریاچه Erieمحسوب می‌شوند . برخی از گونه های Microcystis سموم کبدی به نام microcystins تولید می‌کنند. سانچز در آزمایش خود microcystin خالص را به برخی از کشت ها Microcystis به حد تقریبی سمی که در طول شکوفایی سیانو باکتری ها مشاهده می‌شود افزود.
سپس Daphnia پرورش داده شده در پژوهش دانشگاه میشیگان در معرض یک انگل قارچی و یک انگل باکتریایی شایع قرار گرفتند. در حیات وحش، Daphnia با مصرف اسپور انگل در آب، آلوده می‌شود.
محققان دریافتند که رژیم غذایی اثرات قابل توجه در عفونت انگل قارچی دارد، اما در خصوص انگل باکتریایی موثر نیست.
دو رژیم غذایی سیانو باکتری – شامل رژیم غذایی درمانی که در آن با افزودن microcystin خالص به ظرف حاوی کشت Microcystis اضافه شده بود – کاملا مانع از عفونت قارچی شد. رژیم غذایی Microcystis به تنهایی، بدون microcystin اضافی، منجر به سطوح بسیار پایین از عفونت های قارچی گردید.
همچنین هنگام تغذیه Daphnia با کلرلا جلبک سبز نیز از عفونت های قارچی به طور کامل ممانعت به عمل آمد. در مجموع، چهار مورد از نه تیمارهای غذایی شواهد قوی از ضد قارچ بودن نشان دادند.
سانچز می گوید: من فکر می کردم احتمالا از نه رژیم غذایی یکی از آنها بعضی از اثرات دارویی را نشان دهد. واقعیت این است که تقریبا نیمی از رژیم غذایی نوعی از اثرات دارویی را بروز داد که واقعا تعجب آور بود و نشان می دهد که ما توجه کافی به مکانیسم خود درمانی در اکوسیستم های آبی نداشته ایم.
در مقابل، هیچ یک از رژیم های غذایی درمانی از عفونت با انگل باکتریایی جلوگیری نکردند. همچنین، نمونه‌هایی که از رژیم غذایی جلبک های سبز مصرف کردند دو تا سه برابر بیش از آنهایی که سیانو باکتری خوردند، تکثیر شدند که تاییدی است بر کیفیت غذایی بالاتر رژیم غذایی جلبک سبز. و به طور کلی، رشد در گروه آلوده به انگل کاهش یافت.
سانچز قصد دارد کار را برای پروژه تحقیقاتی دکترایش ادامه دهد و دافی به عنوان استاد راهنمای او خواهد بود. این محققان به دنبال شواهدی از خود درمانی خواهند گشت و خواص ضد میکروبی سه ماده سمی که علایم ضد قارچی را در مطالعه اولیه نشان دادند بررسی خواهند کرد: microcystin-LR، anatoxin-a ، و chlorellin. محققانی از ایالت مینه سوتا و جورجیا نیز به پروژه می‌ییوندند.
سانچز می‌گوید: بسیاری از تحقیقات محصولات طبیعی با غربالگری گیاه یا جلبک‌های بسیار و با استفاده از زیست سنجی های مختلف و با امید به خوش شانسی و پیدا کردن یک ترکیب جدید و یا چیزی که فعال باشد انجام می گیرد. اما چرا نباید به آنچه هم‌اکنون در طبیعت رخ می‌دهد نگاه کنیم؟ من فکر می کنم این چیزی است که واقعا مرا جذب می‌کند و به همین دلیل من تصمیم به کار بر روی این پروژه گرفته‌ام.
محققان می گویند این کار دارای پیامدهای زیست محیطی گسترده است که قسمتی از آن این است که به دلیل گرم شدن آب و هوای جهان انتظار می رود که دفعات شکوفایی سیانو باکتری ها در برخی از مناطق افزایش یابد. این تغییرات می تواند پیامدهای مهمی برای شبکه های مواد غذایی دریاچه ها داشته باشد زیرا Daphnia یکی از چرندگان کلیدی محسوب می‌شود و شیوع بیماری در جمعیت Daphnia فرایندهای سطوح اکوسیستم را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

Journal Reference:
Sanchez K, Huntley N, Duffy M, Hunter M. Data from: Toxins or medicines? Phytoplankton diets mediate host and parasite fitness in a freshwater system. Proceedings of the Royal Society B, 2019 DOI: 10.5061/dryad.31b9h5m