الكيراتينيزز.. تحليل للريش والبريونات

أ. د. عبد الرؤوف المناعمة – روان ريدة*

في عالم يزداد سكانه بشكل غير مسبوق، فإن البحث عن موارد ومصادر جديدة يعد من الأوليات القصوى.

وتعتبر آلاف الأطنان من مخلفات الريش الناتجة عن تربية الدواجن محط أنظار علماء التكنولوجيا الحيوية، إذ يسعون جاهدين للحصول على ميكروبات تنتج كميات كبيرة من إنزيمات الكيراتينيزز التي يمكنها أن تحطم كبراتين الريش وتجعله مادة يسهل الاستفادة منها.

وتندرج إنزيمات الكيراتينيزز (Keratinases) ضمن مجموعة الإنزيمات البروتينية التي تعمل بشكل أساسي على كسر الرابطة الثنائية الكبريت في الكيراتين. وتمتاز بقدرتها على تحليل كل من الكيراتين اللين مثل المواد الخلوية الهيكلية في الأنسجة الطلائية التي تحتوي 11% كبريت، وكذلك تستطيع تحليل الكيراتين القاسي مثل الأنسجة الواقية في الشعر والأظافر التي تحتوي على 5% كبريت.

وتم التعرف على مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة ذات القدرة على إنتاج إنزيمات الكيراتينيزز، بما في ذلك البكتيريا، والشعاويات (Actinomycetes)، والفطريات المترممة (Saprophytic fungi)، والفطريات الجلدية (Dermatophytes).

وكثيرا ما يتم عزل هذه الكائنات الحية الدقيقة من البيئات الغنية بالكيراتين مثل التربة ومياه الصرف الصحي المرتبطة بمزارع الدواجن، وكذلك مخلفات المدابغ.

ويمكن عزل إنزيمات الكيراتينيزز الميكروبية من مصادر متنوعة، وتختلف خصائصها باختلاف الكائنات المنتجة.

ومن المواد الأخرى التي تستطيع إنزيمات الكيراتينيزز تحليلها: الكولاجين، والإيلاستين، والجيلاتين، والألبومين، والهيموغلوبين. ومن البروتينات غير الاعتيادية التي تستطيع إنزيمات الكيراتينيزز تحليلها، البريونات (Prions)؛ وهي عوامل معدية مدمرة للأعصاب، وتتسبب في أمراض غير قابلة للشفاء في البشر والحيوانات، مثل جنون البقر ومرض كروتزفيلد جاكوب.

اكتسبت إنزيمات الكيراتينيزز مكانا مميزا في سياق التكنولوجيا الحيوية منذ بداية القرن الحادي والعشرين، فتمتعها بالتخصصية وقدرتها على مهاجمة البروتينات المترابطة والبروتينات الهيكلية المقاومة للإنزيمات المعروفة، جعلت منها محفزات حيوية قيمة في الصناعات التي تعتمد على المواد الكيراتينية. وما زالت التطبيقات الجديدة لإنزيمات الكيراتينيزز تُكتشف باستمرار.

استخدامات إنزيمات الكيراتينيزز:

إنتاج الأسمدة:
ينتج عن تحليل المخلفات الكيراتينية نسب مرتفعة من الأحماض الأمينية والنيتروجين، فتعمل على تخصيب التربة وتعزيز نمو النباتات.

في صناعة الجلود والنسيج:
خلال العمليات التقليدية لإزالة الشعر من الجلود، يتم استخدام كميات كبيرة من كبريتيد الصوديوم، فينتج عن هذه العمليات مخلفات تتسبب في مشاكل بيئية، ويصعب التخلص منها.

وقد أشادت مجموعة من الدراسات باستخدام الكائنات الدقيقة المنتجة للكيراتينيزز كبديل من المواد الكيميائية، فقد نجحت هذه الكائنات في إزالة الشعر من الأرانب والماعز والأغنام وكذلك من جلود الأبقار.

وعادة ما تتطلب عمليات إزالة الشعر باستخدام إنزيمات الكيراتينيزز كميات ضئيلة من كبريتيد الصوديوم، لذلك يمكن اعتبارها بديلا صديقا للبيئة.

وبعض أنواع الكيراتينيزز يمكن تطبيقها حتى في غياب كبريتيد الصوديوم تماما . كما سجلت إنزيمات الكيراتينيزز نجاحا في عمليات الدباغة، ففي العمليات التقليدية يتم تصريف كميات كبيرة من الكروم المستخدم، مسببة مشاكل بيئية عديدة.

وتجدر الإشارة إلى أن كميات الكروم التي تسمح معظم الدول بوجودها في النفايات يجب أن تقل عن 22 ملغم/لتر، ولهذا كانت هناك حاجة لتحسين عمليات امتصاص الكروم خلال الدباغة.

ومن النجاحات المسجلة لاستخدام بكتيريا "B. subtilis"، قدرتها على تقليل مستويات الكروم في المياه العادمة من 35% إلى 10%.

وللكيراتينيزز تطبيقات هامة في صناعة الغزل والنسيج، إذ إن الأنواع التي تنتجتها بعض أنواع البكتيريا قادرة على تحسين خصائص مقاومة انكماش المنسوجات, وكذلك خصائص الصباغة, دون المساس بوزن الألياف.

المنظفات
الكيراتينيزز قادرة على التنظيف في مدة قصيرة ودون إلحاق أي ضرر بقوة الألياف أو هيكليتها. فعلى سبيل المثال، الكيراتينيز القلوي "P. woosongensis TKB2" فعال جدا في إزالة بقع الدم من ملابس الجراحة، وفعال أيضا في إزالة خليط من البقع تشمل بقع الدم، وصفار البيض والشوكولاتة من الأقمشة العادية، ويستطيع إزالتها جميعا في فترة زمنية قصيرة ودون تغيير هيكلية النسيج أو أليافه.

منتجات العناية بالشعر
معظم نواتج تحلل الكيراتين المستخدمة في منتجات العناية بالشعر يتم الحصول عليها من الأظافر والقرون والصوف، باستخدام الطرق الكيميائية أو الطرق الحرارية المائية.

ولكن بدأت إنزيمات الكيراتينيزز الميكروبية اكتساب شعبية واسعة، فقد وجدت إحدى الدراسات أن نواتج تحليل بكتيريا "S. maltophilia" لريش الدجاج, عملت على تحسين مرونة و قوة كل من الشعر العادي و التالف. وتم استخدام منتجات التحلل الإنزيمية أيضا في الشامبو والبلسم، وأظهرت لمعان الشعر ونعومته.

المكافحة الحيوية
قامت عدة مجموعات بحثية باستكشاف إمكانية استخدام الكيراتينيزز في المكافحة البيولوجية، وهذا يشمل القضاء على العديد من مسببات الأمراض الفطرية، والآفات الزراعية مثل ديدان العقد الجِذرية.
_______________
* الجامعة الإسلامية – غزة.