السلاح السري للنبات

يساهم مثبط ألفا أميلاز، وهو بروتين طبيعي يعيش داخل النباتات، في منع الحشرات من هضم النشا والذي يُعَد المصدر الرئيس للطاقة الذي تبحث عنه العديد من الحشرات آكلة الحبوب عند التهام محاصيل واسعة الإنتاج مثل الذرة.

عندما تنقل النباتات هذا المثبِّط إلى أنسجة الآفة، تتعطّل إنزيماتها الهاضمة، وتجد الحشرة نفسها بمعدة ممتلئة بالنشا الذي لا تستطيع الاستفادة منه.

وتبحث دراسة جديدة نُشرت في مجلة “بيوتكنولوجي جورنالز” المتخصصة في التكنولوجيا الحيوية، كيف تُنتج النباتات المختلفة هذه المثبطات ومدى دقّتها في استهداف إنزيمات الحشرات وكيف سعى العلماء إلى تعزيزها في المحاصيل.

وأظهرت التجارب الأولية نتائج واعدة، ولكن توجد هناك عقبات مجتمعية وتنظيمية تحول دون استخدام الكائنات التقليدية المُعَدَّلَة وراثيًا.

ويدرس الباحثون الآن كيف يمكن لتعديل الجينات بغرض تعزيز قدرة الجينات المثبطة الطبيعية داخل النباتات أن يعزز نظم الدفاع الطبيعية لدى هذه النباتات من دون إضافات من حمض نووي خارجي.

وإذا نجحت التجربة، فيمكنها أن تؤدي إلى تقليل الاعتماد على المبيدات الحشرية الكيميائية وحماية الحبوب المُخَزَّنَة والإسهام في ترسيخ ممارسات زراعية أكثر استدامة.

يتطلب الأمر مزيدًا من البحوث قبل تَحَوُّل هذا التعديل الجيني إلى واقع، وذلك لضمان السلامة للبشر والماشية والحشرات التي تُحدِث تأثيرًا إيجابيًا على المحاصيل. ويحتاج الباحثون أيضًا إلى ضمان ألّا تقوم هذه الآفات المستهدفة بتطوير طرق للتحايل على هذه المثبطات.

مواضيع ذات صلة: الذكاء الاصطناعي يصمم بروتينات عالية الكفاءة

الوجوه المتعددة للبوتوكس

عندما نسمع كلمة “بوتوكس” أو نراها في إعلان، فهي تقترن عادةً بالتخلص من تجاعيد الوجه أو الوقاية منها. وبينما يُعَد الجمال هو المحرك الأكبر لسوق “البوتوكس”، إلا أن ذلك يمثل جزءًا صغيرًا من القصة الكاملة، حيث تعتمد مجموعة كبيرة من العلاجات الطبية الهامة على “البوتوكس” أيضًا، وليس لها أي علاقة باستعادة الشباب.

شهد عام 2024 وحده إجراء أكثر من 9 ملايين جلسة علاجية حول العالم، بزيادة تجاوزت 26% منذ عام 2021، وكان نحو 85% من المستخدمين من النساء بمتوسط عمر 43 عامًا. وارتفع عدد الرجال الذين يستخدمون البوتوكس، ويتوقع أن يصل إلى 17% في عام 2025، مقارنة بـ 12.3% في عام 2018.

استخدم طبيب العيون الأميركي، آلان سكوت، بروتين “بوتيولينيوم توكسين إي”، وهو سُم عصبي تفرزه بكتيريا تسمى “كلوستريديوم بوتولينيوم” (الاسم التجاري للبوتوكس) لأول مرة كبديل للجراحة لتخفيف نشاط العضلات المفرطة في العين عن طريق شل العضلات وقطع إشارات أعصاب محددة.

وعندما باع آلان حقوق استخدام الدواء، والذي كان يسمى آنذاك “أوكيولينيم”، إلى شركة “أليرغان” للأدوية مقابل 4.5 مليون دولار في عام 1991، لم يكن يدرك مدى تعدد استخدامات هذا الدواء. وكان الدواء يُستَخدَم آنذاك لعلاج الرمش غير قابل للسيطرة والعيون غير المتوازية. واليوم، بعد أن أصبحت قيمته مليارات الدولارات، يواصل البوتوكس إثبات فعاليته من خلال قائمة متزايدة من التطبيقات الطبية.

لدينا مثلًا الصداع النصفي الذي يوقف حركة الناس ويمنعهم من استكمال حتى أبسط أعمالهم اليومية. يصيب هذا النوع من الصداع أكثر من مليار شخص على مستوى العالم سنويًا.

ولقد اعتمدت “إدارة الغذاء والدواء” الأميركية استخدام “البوتوكس” كعلاج للصداع النصفي في عام 2010.

يتم حقن البوتوكس بشكل استراتيجي حول مناطق الرأس والعنق لإيقاف مسار الألم المتصل بالجهاز العصبي المركزي داخل أعصاب الدماغ والحبل الشوكي. ويعمل سُم “بوتيولينيوم” على تعطيل الناقلات العصبية والجزيئات التي تُفرَز أثناء الصداع النصفي عند نقطة اتصال الأعصاب بالعضلات.

لقد ثبت أن هذا العلاج فعّال للأشخاص الذين يعانون من الصداع النصفي المزمن، أي من لديهم أكثر من 15 نوبة صداع شهريًا لمدة ثلاثة أشهر على الأقل. ومع ذلك، فهو ليس مناسبًا للجميع؛ إذ يجب أن يكون المستخدمون بعمر 18 عامًا فأكثر، كما أنه لا يقضي على الصداع تمامًا، بل يقلل من تكراره بنحو 50% تقريبًا.

يُستخدم البوتوكس أيضًا لعلاج المرضى الذين يعانون من حالات تشنج العضلات، والذي قد يكون نتيجة اضطرابات عصبية مثل السكتة الدماغية أو الشلل الدماغي، التي تسبب تلفًا في الدماغ أو الحبل الشوكي أو الأعصاب المسؤولة عن حركة العضلات، حيث يؤدي تلف الجهاز العصبي إلى تصلب العضلات أو تحركها بشكل لا إرادي نتيجة إرسال أوامر خاطئة.


بالنسبة لأولئك الذين يعيشون مع تيبّس العضلات، يعني ارتخاء العضلات تقليل التصلب وتحسين مدى الحركة
– فرانسوا بيثوكس، أخصائي إعادة التأهيل في مستشفى “كليفلاند كلينيك


وإذا كنت شخصًا يعاني من التعرق المفرط، حتى في أوقات لا يفترض فيها التعرق، فقد يصبح البوتوكس صديقك الجديد.

تؤدي الغدد العرقية مفرطة النشاط، وهي حالة تُعرف باسم فرط التعرق، إلى التعرق الشديد، مما يخلق مواقف غير مريحة وغالبًا محرجة.

يوجد خيار جراحي لهذه الحالة، شأنها شأن العديد من الحالات الأخرى المذكورة أعلاه، ويتمثل في إزالة الغدد العرقية المفرطة، فالجسم يحتاج للعرق لتنظيم درجة الحرارة، لكن ليس بكميات مفرطة.

يمكن لحُقَن البوتوكس في موقع محدد أن تمنع الإشارات التي تنشط تلك الغدد العرقية المفرط، ويعني ذلك أن الغدد العرقية داخل جسمك يمكنها مواصلة العمل لتبريد الجسم دون إفراط، حيث يستغرق هذا العلاج حوالي أسبوعين لتحقيق أقصى تأثير ويمكنه تقليل إفراز العرق تحت الإبطين بنسبة تصل إلى 90%.

ويمكن استخدام هذا العلاج أيضًا مع المرضى الذين يعانون فرط نشاط المثانة. ولا يعني ذلك تسرب القليل من البول عند العطس، فتلك تُعتَبَر حالة أخرى تسمى “سلس البول الإجهادي”. أما فرط نشاط المثانة فيتسبب في شعور مفاجئ بالرغبة في التبول مع صعوبة في التحكم بها، أو في تكرار التبول بشكل متواصل خلال النهار والليل.

الخبر السار من مايو كلينيك هو: “يمكن لطبيب الجهاز البولي أن يحقن مثانتك بالبوتوكس لعلاج نشاطها المُفرِط أو السلس البولي، وهو ما يساعد على استرخاء العضلات، وبالتالي يمنحك مزيدًا من الوقت للذهاب إلى الحمام عند شعورك برغبة التبول”، حيث يُرخِي “البوتوكس” عضلات المثانة ليحد من الانقباضات.

يستطيع هذا العلاج أن يساعد 17% من السيدات وما يتراوح بين 3 و11% من الرجال الذين يعانون من سلس البول.

حازت هذه العلاجات على موافقة من إدارة الغذاء والدواء الأميركية، لكن استخدامات أخرى غير مدرجة في التعليمات قد يتم الموافقة عليها أحيانًا على أساس كل حالة على حدة من قبل الجهة المنظمة.

ويعتبر الألم المزمن واحدًا من تلك الاستخدامات غير التقليدية.

كان يُعتقَد سابقًا أنّ هذه الحقن تقتصر على تعطيل الإشارات التي ترسلها الأعصاب إلى العضلات، غير أنّ البحوث الحديثة تكشف وظيفة أوسع، حيث تؤثّر هذه الحق أيضًا في النشاط الكهربائي داخل الأعصاب من خلال تهدئة الأعصاب مفرطة النشاط.

توضح الدراسات أن “البوتوكس” يقلل بعض الآلام المقترنة بالأعصاب، إذ تَنتُج حُقَن قليلة من “البوتوكس” عن تقليل حساسية الأعصاب في حالات كالألم الوهمي والألم الناتج عن تلف الأعصاب والألم المخالف (عندما يشعر الإنسان بالألم بسبب منبه عصبي غير مؤلم). وبالتالي، تتوقف تلك المنبهات العصبية المفترض أنها غير مؤلمة عن إثارة الشعور بالألم أو تسبب ألمًا طفيفًا، ويحتاج تهييج الألم لدى المرضى في هذه الحالة إلى مزيدًا من تلك المنبهات.


تستعرض دراسة نُشرت عام 2024 في مجلة “توكسينز” المتخصصة في دراسات السموم التطبيقات المحتملة للبوتوكس مستقبلًا، ويبدو أن البوتوكس قد قطع شوطًا كبيرًا، إلا أن الطريق لايزال طويلًا أمامه.

تتم في الوقت الحالي إعادة تصميم البوتوكس عبر مزج مكوناته وتعديل بعض أجزائه لإنتاج نماذج تعمل بشكل أسرع وتدوم لفترات أطول دون التسبب في شلل عضلي، بحيث تستهدف الأعصاب المسؤولة عن الألم فقط . ويدرس الباحثون أيضًا طرقًا جديدة لإعطاء البوتوكس بأشكال أخرى غير الحُقَن.

وسيظهر قريبًا البوتوكس الذكي مع منتجات تشمل لاصقات الإبر المجهرية وهلامات بطيئة الإطلاق وجسيمات نانوية تُفعَّل بالضوء ولا تعمل إلا عند الحاجة، إضافة لتقنيات نقل جيني تجعل الخلايا تُنتج كميات صغيرة من الجزء الفعّال من البوتوكس على مدى فترة زمنية.

لا تزال هذه التطبيقات في مراحلها الأولى ونأمل أن تتوفّر قبل أن تزداد التجاعيد لدينا لكن على نطاق أوسع، حيث أصبح البوتوكس التقليدي (بوتيولينيوم توكسين إي/ بوتيولينيوم توكسين بي) في طور أن يصبح أكثر دقّة وموثوقية في نتائجه وأطول وأسرع مفعولًا وأقلّ تسببًا بالشلل، وقد يخلو من الإبر أيضًا.

مواضيع ذات صلة: الأوزمبيك يعالج حالات إدمان الكحول

حيوان برمائي يساعدنا في القضاء على العطش

يفرض التغير المناخي مزيدًا من الضغط على إمدادات الماء النظيفة المتوفرة في العالم، إلا أن حيوانًا برمائيًّا قد يتصدى لهذا التحدي.

طوّر فريق من الباحثين في جامعة نيفادا بولاية لاس فيغاس الأميركية مادة لاستخلاص الماء من الجو على نحو أكثر كفاءة من التكنولوجيات الحالي، ويرجع الفضل في كل ذلك إلى ضفدع.

لا تستهلك الضفادع الطعام والماء على نفس النحو الذي نستهلكهما به نحن البشر، فهي تتناول طعامها عن طريق الفم، في حين تهبط مقلات أعينها إلى الداخل كي تدفع الطعام إلى الحلق، وأما الماء، فهي تمتصه عبر الجلد.

وقد ألهمت هذه العملية فريق الباحثين لتطوير مادة جديدة فائقة الامتصاص، وذلك بعد دراسة المحاليل المتأيّنة الهلامية المائية بصفة حصرية، ذلك أن هذه المحاليل تصنع حواجز لصد الشوائب والملوثات وتمرير الماء.

الوصف: جيريمي تشو، بروفيسورمساعد، قسم الهندسة الميكانيكية
الصورة: جامعة نيفادا، بولاية لاس فيغاس

وقال جيريمي تشو، أحد أعضاء الفريق البحثي: “يُقصَد بالمحلول المتأين الهلامي المائي مادة بوليمرية يمكنها الامتلاء بالماء، ما يعني أن الماء قابل للنفاذ بسهولة من خلالها مثل جلود الكائنات”.

وتكونت هذه المادة من غشاء هيدروجيني وسائل مُجفِّف لامتصاص الرطوبة كمزيج مثالي يتيح الاحتفاظ بالمياه من الجو على نحو متسارع وتخزينه بكميات كبيرة لغرض تنقيته.

قال جيريمي في هذا الصدد: “لاحظنا أن هذه المادة قادرة على احتجاز الماء من الجو بسرعة مذهلة، فقد استطعنا احتجاز كمية من المياه تتراوح بين لترين وستة لترات يوميًا لكل متر مربع من مساحة سطح الغشاء في لاس فيغاس، علمًا بأنها المدينة ذات الهواء الأشد جفافًا بين مدن الولايات المتحدة”.

يقوم السائل المُجفِّف باستقطاب الماء وامتصاص بخاره من الجو، حتى عند انخفاض معدلات الرطوبة النسبية لتصل إلى 10%، كما تمثلت العقبة الأصعب في ترشيح الجسيمات والملوِّثات في الهواء الخارجي، فأُضيف غشاء من محلول متأين هلامي مائي بين السائل المُجفِّف والهواء.

يبدو الأمر كحل سهل، ولكن استغرق إيجاد المحلول المتأين الهلامي المائي المناسب عامين من التجارب ونُشرت عنه ورقتان بحثيتان، وأضاف جيريمي في مقابلة أجراها معه فريق مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا: “استغرق الأمر محاولات عديدة لتركيب المحلول المتأين الهلامي المائي والكثير من التجارب للتحقق من صحة نظريتنا”.

| ما الجديد؟

وُجدت عمليات استخلاص الماء من الجو منذ زمن طويل، إلا إنها كانت تعتمد غالبًا على تصورات جديدة للتكنولوجيات القديمة، في حين اعتمدت الطريقة التي توصل إليها الفريق على تكنولوجيا جديدة.

وفي السياق، قال جيريمي: “تختلف طريقتنا في عدم تخليق مادة ماصة جديدة لإعادة تطويرها، وعدم الاعتماد على تطوير تكنولوجيا جديدة لغرض استخدامها في تطبيق مختلف، حيث نقدم طريقة جديدة تعتمد على الغشاء بحيث يصبح من الممكن احتجاز الماء باستمرار في سائل مُجفِّف وإطلاقه (تنقيته) في موقع آخر، ويُعَد الفصل بين العمليات ميزة رئيسة في طريقتنا، ذلك أنه يتيح لنا أكبر قدرٍ من الاستفادة من كل عملية والتحكم فيها بصفة مستقلة للوصول إلى مستويات أفضل من الأداء والكفاءة، كما تتيح لنا هذه الميزة المرونة في كيفية تصميم منظومة كاملة لاستخلاص الماء من الجو، وإذا أردنا تزويد هذه المنظومة بالطاقة من الشمس أو الحرارة المُهدَرَة أو الكهرباء، يمكننا بناء أنظمة مختلفة تعتمد على نفس طريقة استخلاص الماء باستخدام الغشاء والتي يرجع الفضل في تطويرها إلى هذه المرونة”.

 

| ليست لغرض الشرب فقط

تركز الأسواق غالبًا على مياه الشرب، والتي لا تمثل سوى جزءًا من الاستهلاك الإجمالي للمياه، لذا، أطلق الفريق شركة ناشئة آملًا أن تُحدِث هذه التكنولوجيا تأثيرًا هائلًا فيما يتعلق بالاستدامة ومصادر الحصول على الماء.

وأضاف جيريمي: “ابتكرنا هذه الطريقة واضعين في اعتبارنا المناطق القاحلة التي تعاني ضغطًا على مواردها المائية، ولطالما شكلت الاستدامة جزءًا من رؤيتنا منذ البداية”.

ويشمل ذلك مراعاة المستوى الراهن من الفقر المائي وكيف يمكن لهذه التكنولوجيا الجديدة أن تؤثر في استخدام الماء والحفاظ عليه وتنظيم التعامل معه، ويتطلع المسؤولون بالجهات التنظيمية إلى التمكّن من خفض نسبة استهلاك الماء واستعادته بعد استخدامه، كما تسعى الشركات التي تراعي العوامل البيئية والاجتماعية والعوامل المتعلقة بالحوكمة في توجهاتها الاستثمارية إلى تحقيق الحياد المائي أو الإيجابية المائية والتي تعني استعادة كميات أكبر من المياه الذي يُستهلَك.

يحاول المسؤولون بالجهات التنظيمية في ولاية نيفادا إثناء الشركات عن تأسيس أعمالها في الولاية، استنادًا إلى توقعاتهم بشأن استهلاك المياه، ويأمل جيريمي وفريقه في التخلّص من هذا المعوّق التجاري وتحسين الاقتصاد المحلي.

 

| كم تبلغ التكلفة؟

تكمن المشكلة في ارتفاع كلفة هذه الحلول المائية مقارنة بكلفة صنبور المياه، ولكن يقول جيريمي أن فريقه يهدف إلى ضمان تركيز شركتهم الناشئة، دبليو إي في آر تكنولوجيز، على تطوير حلول لتوفير الماء لتعويض هذه الخسائر الاستهلاكية.

 

| من ذا الذي قد يرغب بدفع الثمن؟

يقول جيريمي أن ثمة قطاعات عديدة في لاس فيغاس تبحث عن حلول، بما في ذلك قطاعات العقارات والضيافة والبناء وتصنيع التكنولوجيا المتقدمة، وأضاف بقوله: “نحن في خضم محادثات معهم، وهم يبحثون عن حل كما أنّهم مستعدون لسداد ثمنه. ويمكننا القول، بأنالمبلغ الذين هم مستعدّون لدفعه يُعتبر معقولًا من الناحية الاقتصادية التكنولوجية عندما نوسع نطاق التكنولوجيا الخاصة بنا”.

اختتم جيريمي تصريحاته لـ مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا قائلًا: “يُعتبر التغير المناخي واقعًا، وسواء قبلت رأي العلم القائل بأننا السبب في هذا التغير أم لم تقبل، سوف تدفع ثمنه، حيث يبدو هذا التغير واضحًا للغاية في المناطق القاحلة من خلال مواردنا المائية وفواتير المرافق التي نسددها وقدراتنا على أداء الأعمال التجارية والعيش في مجتمعاتنا، ويجب علينا أن نكون أكثر مسؤولية في كيفية استخدامنا للماء وأن نبذل قصارى جهودنا لاستعادته، وإذا لم نتمكن من استعادة الماء، فلنبحث في كيفية استخلاصه من الهواء الذي يُعَد مصدرًا خفيًا يحيط بنا جميعًا”.

يتوقع الفريق في شركة “دبليو إي في آر تكنولوجيز” أن يكون النموذج الأولي للتكنولوجيا الخاصة بهم جاهزًا بحلول نهاية عام 2025.