باکتری های مولد هسته یخ
گروهی از باکتری ها وجود دارد که موجب تبدیل آب به یخ می شوند. این فرایند به وسیله پروتئین های موجود در سطح باکتری ها انجام می شود که به اسم فاکتور هسته یخ (ice nucleation factors) شناخته می شوند،کاتالیز می شود. این باکتری ها در سطح گیاهان وجود دارند. این باکتری ها با فعالیت و افزایش جمعیت خود به وقوع سرمازدگی گیاهان در دماهای بالاتر از معمول کمک می نمایند به عبارت دیگر باعث یخ زدن آب در دماهای گرم تر از دمای معمول می شود. باکتری های Pseudomonase syringae ،Pseudomonas fluorescens،Pantoea agglomerans و Xanthaomonas spp به عنوان باکتری های مولد هسته یخ شناسایی شده اند. یشترین دلیل سرمازدگی گیاهان پروتئین های سطحی باکتری هایی می باشد که بر روی سطح گیاهان وجود دارد ،به خصوص سودوموناس سیرنگی که بیشترین فعالیت هسته یخ دربین گونه های مربوطه دارد. تشکیل کریستال های یخ به بافت های گیاه آسیب می رساند و فرآیند انتقال آب و مواد غذایی که به وسیله آوندها (xylem and phloem) انجام می شود را قطع میکند. اگر این باکتری ها حضور نداشته باشند یخ تشکیل نمی شود ، در عوض دمای آب به زیر نقطه انجماد می رسد و گیاهان آسیب نمی بینند.تعیین فعالیت هسته یخ سویه های شناسایی شده
برای تعیین فعالیت هسته یخ سویه ها از روش یخ زدن قطرات استفاده می شود. ابتدا باکتری های مورد نظر روی محیط کشت آگار مغذی با 1/5 درصد گلیسرین کشت داده می شود و به مدت 48 تا 72 ساعت در 26 درجه سانتی گراد قرار می دهند. سپس از کلنی های انفرادی در آب مقطر استریل، سوپانسیون تهیه می کنند و غلظت آن با دستگاه اسپکتروفتومتر در جذب نوری OD600=0/1 تنظیم می کنند، در شرایط مذکور جمعیت باکتر ی ها حدودا 10 به توان 8 سلول در هر میلی لیتر می رسد. بعد از آن از روش انجماد قطرات استفاده می شود به این صورت که از هر سوپانسیون ، 10 قطره 10 میکرولیتری بر روی ورق های نازک آلومینیوم قایقی شکل آغشته به پارافین انتقال داده می شود . سپس این قایق های آلومینیومی روی حمام اتانل-یخ با دمای -2 تا -7 درجه سانتی گراد شناور می کنند. سرانجام تعداد قطرات یخ زده طی مدت 30 ثانیه شمارش می شوند.کاربرد پروتیین های یخ ساز و ضد یخ
از باکتری های مولد هسته یخ در تولید یخ سازی ، پیست های اسکی و تولید برف استفاده کرده اند. این پروتیین ها در تهیه بستنی و مواد غذایی مشابه قابلیت کاربرد دارند و بیان آن ها در گیاهان تراژنی به اقتصاد کشاورزی کمک بسیاری خواهد کرد. کشف پروتئین های ضد یخ در ماهی های آب سرد قطبی که بعد ها در بسیاری از آبزیان آب شناخته شد، کاربردهای جالبی در بیوتکنولوژی دارند. افزودن این پروتیین ها در مواد غذایی مقاومت ها آن ها را در برابر ذوب و انجماد مکرر افزایش می دهد و طول عمر محصولات کشاورزی را به هنگام انبار کردن در سردخانه زیاد می کند. گیاهان تراژنی واجد ژن های مربوط به این پروتئین ها در نواحی سردسیر قابل کشت بوده و مقاومت بیشتری در برار سرما خواهند داشت.
محافظت از گیاهان در برابر سرمازدگی از راه مهندسی باکتری های همزیست
سرما و یخ زدگی همه ساله خسارات قابل توجهی را به اقتصاد و چرخه تولید کشور تحمیل می کند و سرما و یخ زدگی یکی از مهم ترین عوامل خسارت زا محصولات کشاورزی محسوب می شود. یکی از نخستین مثال های اصلاح موفقیت آمیز باکتری های همزیست در مورد باکتری سودوموناس سیرینگی صادق است. این باکتری به مقدار زیاد در سطح برگ های بسیاری از گیاهان یافت می شود. ظاهرا بسیاری از سویه های این باکتری ، پروتیین یخ سازی در سطح سلول های خود تولید می کنند و وجود این پروتیین ها، موجب تشکیل یخ در کمی بالاتر از صفر درجه سانتی گراد می شود که این پروتیین گیاهان زراعی را وادار به یخ زدن می کند و تهاجم بعدی باکتری ها را به بافت های گیاهی آسان می سازد. این پروتیین به وسیله ژن inaZ کد می شود. همانند بسیاری از باکتری ها، باکتری E.Coliچنین توانایی را ندارد، اگر چه، اگر ژن InaZدر آن کلون کنیم، با بیان این ژن، توانایی فعالیت هسته یخ را پیدا می کند. حال اگر این ژن در سودوموناس سیرنگی تخریب شود، این توانایی را از دست می دهد. استیون لیندا و همکارانش ابتدا ژن عامل تشکیل هسته ی یخ در سودوموناس سیرینگی را با استفاده از ناقل کاسمیدی در باکتری اشریشیا کلای کلون کردند. سپس سلول های اشریشیا کلای دریافت کننده ی DNAنوترکیب برای تشکیل هسته یخ در -9 درجه سانتی گراد مورد جستجو قرار گرفتند. به روشDNAنوترکیب همولوگ قسمتی از این ژن حذف گردید و باقیمانده دوباره به روش مشابه به کروموزوم سودوموناس سیرینگی بازگردانده شد. بدین ترتیب سویه های آیس منفی (Ice-)بدست آمدند.باکتری آیس منفی به گونه هایی از سودوموناس سیرنگی گفته می شود که فاقد توانایی تولید پروتیین سطحی هست که در تیپ وحشی سودوموناس سیرنگی است. سویه های آیس منفی در همه ی خواص دیگر خود، به جز قابلیت تشکیل هسته ی یخ شبیه سویه والدی خود یعنی آیس مثبت بودند. وقتی سویه های جهش یافته (Ice-)در سطح برگ های توت فرنگی اسپری می کنند این باکتری ها بر سطح برگ های گیاه مستقر می شوند که می توانند با موفقیت با باکتری های تیپ های حشی (Ice+)رقابت می کردند و بدین وسیله گیاهان را از آسیب یخ زدن محافظت می کنند.
نقش باکتری های مولد هسته یخ در باران سازی
وقتی باکتری های یخ ساز بر سطح گیاهان کلونی تشکیل می دهند ، وزش باد موجب می شود تا این باکتری وارد اتمسفر شوند ، زمانی که این باکتری ها وارد ابرها بشوند ، کریستال های یخ اطراف آن ها تشکیل می شود سپس سایر مولکول های بخار آب به این کریستال یخ متصل می شود و باعث می شود که این کریستال ها بزرگ تر و بزرگ تر بشود تا در نهایت کریستال های یخ تشکیل می شود که به صورت باران یا برف به سطح زمین می بارد. وقتی که این رسوب رخ دهد باکتری ها این فرصت را پیدا می کنند تا دوباره به سطح زمین بر گردند و در مناطق بیشتری گسترده تر بشوند و این چرخه بارها تکرار می شود.اکثر باران ها و برف با شروع تشکیل یخ در ابرها شروع می شوند.
سعید کارگر
بیوتکنولوژیست و مدیر سایت بیوتکر
2 دیدگاه ها
مطلب بسیار خوبی بود.ممنون
با درود
ابتدا سپاسگذار اطلاعات مفیدتان
اما باید عرض کنم برخلاف شعارتون اصلأ پاسخگو سئولات و راهنمایی نیستید !!