معلومة

7.2.2: استخدام الطرق الفيزيائية للتحكم في الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء

7.2.2: استخدام الطرق الفيزيائية للتحكم في الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

  • فهم ومقارنة الطرق الفيزيائية المختلفة للتحكم في نمو الميكروبات ، بما في ذلك التسخين والتبريد والتجميد والمعالجة بالضغط العالي والتجفيف والتجميد والتشعيع والترشيح

منذ آلاف السنين ، استخدم البشر طرقًا فيزيائية مختلفة للتحكم في الميكروبات لحفظ الأغذية. تشمل طرق التحكم الشائعة تطبيق درجات الحرارة العالية والإشعاع والترشيح والجفاف (التجفيف) ، من بين أمور أخرى. العديد من هذه الطرق لا تقتل الخلايا على وجه التحديد عن طريق تعطيل الأغشية أو تغيير نفاذية الغشاء أو إتلاف البروتينات والأحماض النووية عن طريق التمسخ أو التحلل أو التعديل الكيميائي (الشكل ( PageIndex {12} ) والشكل ( PageIndex {13} )). تم وصف الطرق الفيزيائية المختلفة المستخدمة للتحكم الميكروبي في هذا القسم.

يسخن

يعد التسخين أحد أكثر وأقدم أشكال التحكم الميكروبي شيوعًا. يتم استخدامه في تقنيات بسيطة مثل الطبخ والتعليب. يمكن للحرارة أن تقتل الميكروبات عن طريق تغيير أغشيتها وتغيير طبيعة البروتينات. ال نقطة الموت الحراري (TDP) من الكائنات الحية الدقيقة هي أدنى درجة حرارة تقتل فيها جميع الميكروبات في غضون 10 دقائق من التعرض. ستستجيب الكائنات الحية الدقيقة المختلفة بشكل مختلف لدرجات الحرارة المرتفعة ، مع بعض (على سبيل المثال ، مسببات البوغ مثل C. البوتولينوم) كونها أكثر تحملاً للحرارة. معلمة مماثلة ، وقت الموت الحراري (TDT)، هي المدة الزمنية اللازمة لقتل جميع الكائنات الحية الدقيقة في العينة عند درجة حرارة معينة. غالبًا ما تُستخدم هذه المعلمات لوصف إجراءات التعقيم التي تستخدم حرارة عالية ، مثل التعقيم. الغليان هو أحد أقدم طرق التحكم بالحرارة الرطبة للميكروبات ، وعادة ما يكون فعالًا جدًا في قتل الخلايا النباتية وبعض الفيروسات. ومع ذلك ، فإن الغليان أقل فعالية في قتل الأبواغ ؛ بعض الأبواغ قادرة على البقاء على قيد الحياة لمدة تصل إلى 20 ساعة من الغليان. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون الغليان أقل فعالية في الارتفاعات العالية ، حيث تكون نقطة غليان الماء أقل وبالتالي يكون وقت الغليان اللازم لقتل الميكروبات أطول. لهذه الأسباب ، لا يعتبر الغليان تقنية تعقيم مفيدة في المختبر أو البيئة السريرية.

يمكن استخدام العديد من بروتوكولات التسخين المختلفة للتعقيم في المختبر أو العيادة ، ويمكن تقسيم هذه البروتوكولات إلى فئتين رئيسيتين: التعقيم بالحرارة الجافة و التعقيم بالحرارة الرطبة. تتضمن تقنية التعقيم في المختبر عادةً بعض بروتوكولات التعقيم بالحرارة الجافة باستخدام التطبيق المباشر للحرارة العالية ، مثل حلقات التطعيم التعقيم (الشكل ( فهرس الصفحة {1} )). الحرق في درجات حرارة عالية جدا يدمر جميع الكائنات الحية الدقيقة. يمكن أيضًا استخدام الحرارة الجافة لفترات طويلة نسبيًا (ساعتان على الأقل) عند درجات حرارة تصل إلى 170 درجة مئوية باستخدام معقم الحرارة الجافة ، مثل الفرن. ومع ذلك ، فإن التعقيم بالحرارة الرطبة هو عادة البروتوكول الأكثر فعالية لأنه يخترق الخلايا بشكل أفضل من الحرارة الجافة.

الأوتوكلاف

تعتمد الأوتوكلاف على التعقيم الحراري الرطب. يتم استخدامها لرفع درجات الحرارة فوق نقطة غليان الماء لتعقيم العناصر مثل المعدات الجراحية من الخلايا النباتية والفيروسات وخاصة الأبواغ ، والتي من المعروف أنها تتحمل درجات حرارة الغليان دون إتلاف العناصر. صمم تشارلز شامبرلاند (1851-1908) الأوتوكلاف الحديث في عام 1879 أثناء عمله في مختبر لويس باستور. لا يزال الأوتوكلاف يعتبر أكثر طرق التعقيم فعالية (الشكل ( PageIndex {2} )). خارج المختبرات والإعدادات السريرية ، الأوتوكلاف الصناعية الكبيرة تسمى المعوجةس تسمح بالتعقيم بالحرارة الرطبة على نطاق واسع.

بشكل عام ، يتم إزالة الهواء الموجود في حجرة الأوتوكلاف واستبداله بكميات متزايدة من البخار المحاصر داخل الغرفة المغلقة ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط الداخلي ودرجات الحرارة فوق نقطة غليان الماء. يختلف النوعان الرئيسيان من أجهزة الأوتوكلاف في طريقة إخراج الهواء من الغرفة. في أجهزة الأوتوكلاف ذات الإزاحة بالجاذبية ، يتم إدخال البخار إلى الغرفة من الأعلى أو الجوانب. يتدفق الهواء ، وهو أثقل من البخار ، إلى قاع الحجرة ، حيث يُجبر على الخروج من خلال فتحة تهوية. يعتبر الإزاحة الكاملة للهواء أمرًا صعبًا ، خاصة في الأحمال الكبيرة ، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى دورات أطول لمثل هذه الأحمال. في أجهزة التعقيم السابقة للفراغ ، تتم إزالة الهواء تمامًا باستخدام مكنسة كهربائية عالية السرعة قبل إدخال البخار في الغرفة. نظرًا لأن الهواء يتم التخلص منه تمامًا ، يمكن للبخار اختراق العناصر المغلفة بسهولة أكبر. العديد من أجهزة الأوتوكلاف قادرة على كل من الجاذبية والدورات السابقة للفراغ ، وذلك باستخدام الأول لتطهير النفايات وتعقيم الوسائط والأواني الزجاجية غير المغلفة ، والأخيرة لتعقيم الأدوات المعبأة.

درجات حرارة التشغيل القياسية للأوتوكلاف هي 121 درجة مئوية أو ، في بعض الحالات ، 132 درجة مئوية ، عادة عند ضغط من 15 إلى 20 رطلاً لكل بوصة مربعة (psi). يعتمد طول التعرض على حجم وطبيعة المادة التي يتم تعقيمها ، ولكنه عادة ما يكون 20 دقيقة أو أكثر ، مع أحجام أكبر تتطلب أوقات تعرض أطول لضمان نقل الحرارة الكافي إلى المواد التي يتم تعقيمها. يجب أن يتلامس البخار مباشرة مع السوائل أو المواد الجافة التي يتم تعقيمها ، لذلك تُترك الحاويات مغلقة بشكل غير محكم ويتم لف الأدوات بشكل فضفاض بالورق أو ورق الألمنيوم. مفتاح التعقيم هو أن درجة الحرارة يجب أن تكون عالية بما يكفي لقتل الأبواغ لتحقيق التعقيم الكامل.

نظرًا لأن التعقيم مهم جدًا لبروتوكولات طبية ومخبرية آمنة ، فإن مراقبة الجودة ضرورية. قد تكون أجهزة الأوتوكلاف مجهزة بمسجلات لتوثيق الضغوط ودرجات الحرارة التي تم تحقيقها أثناء كل تشغيل. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تعقيم المؤشرات الداخلية من مختلف الأنواع مع المواد المراد تعقيمها لضمان الوصول إلى درجة حرارة التعقيم المناسبة (الشكل ( PageIndex {3} )). أحد الأنواع الشائعة من المؤشرات هو استخدام شريط الأوتوكلاف الحساس للحرارة ، والذي يحتوي على خطوط بيضاء تتحول إلى اللون الأسود عندما يتم تحقيق درجة الحرارة المناسبة أثناء تشغيل الأوتوكلاف بنجاح. هذا النوع من المؤشرات غير مكلف نسبيًا ويمكن استخدامه أثناء كل تشغيل. ومع ذلك ، لا يوفر شريط الأوتوكلاف أي مؤشر على طول التعرض ، لذلك لا يمكن استخدامه كمؤشر على العقم. نوع آخر من المؤشرات ، اختبار بوغ المؤشر البيولوجي ، يستخدم إما شريطًا من الورق أو سائلًا معلقًا للأبواغ الداخلية Geobacillus stearothermophilus لتحديد ما إذا كان يتم قتل الإندوسبورات من خلال هذه العملية. الأبواغ الداخلية للبكتيريا المحبة للحرارة الملزمة ج. ستيروثرموفيلوس هي المعيار الذهبي المستخدم لهذا الغرض بسبب مقاومتها الشديدة للحرارة. يمكن أيضًا استخدام مؤشرات البوغ البيولوجية لاختبار فعالية بروتوكولات التعقيم الأخرى ، بما في ذلك أكسيد الإيثيلين ، والحرارة الجافة ، والفورمالديهايد ، وأشعة جاما ، وتعقيم البلازما ببيروكسيد الهيدروجين باستخدام إما جي. stearothermophilus, Bacillus atrophaeus ، B. subtilis ، أو ب. بوميلوس جراثيم. في حالة التحقق من صحة وظيفة الأوتوكلاف ، يتم تحضين الأبواغ بعد التعقيم لضمان عدم وجود أبواغ قابلة للحياة. يمكن مراقبة النمو البكتيري اللاحق لإنبات البوغ الداخلي عن طريق اختبارات بوغ المؤشر البيولوجي التي تكشف عن مستقلبات الحمض أو التألق الناتج عن الإنزيمات المشتقة من القابلية للحياة ج. ستيروثرموفيلوس. النوع الثالث من مؤشر الأوتوكلاف هو أنبوب دياك ، وهو عبارة عن أمبولة زجاجية تحتوي على حبيبات حساسة لدرجة الحرارة تذوب عند درجة حرارة التعقيم المناسبة. يتم استخدام شرائط البوغ أو أنابيب Diack بشكل دوري لضمان عمل الأوتوكلاف بشكل صحيح.

بسترة

على الرغم من أن التعقيم الكامل مثالي للعديد من التطبيقات الطبية ، إلا أنه ليس عمليًا دائمًا للتطبيقات الأخرى وقد يغير أيضًا جودة المنتج. الغليان والتعقيم ليست طرقًا مثالية للتحكم في نمو الميكروبات في العديد من الأطعمة لأن هذه الطرق قد تدمر الاتساق والصفات الحسية (الحسية) للطعام. البسترة هي شكل من أشكال التحكم الجرثومي للأغذية التي تستخدم الحرارة ولكنها لا تجعل الطعام معقمًا. البسترة التقليدية تقتل مسببات الأمراض وتقلل من عدد الميكروبات المسببة للتلف مع الحفاظ على جودة الطعام. طور لويس باستور عملية البسترة لأول مرة في ستينيات القرن التاسع عشر كوسيلة لمنع تلف الجعة والنبيذ. اليوم ، تُستخدم البسترة بشكل أكثر شيوعًا لقتل مسببات الأمراض الحساسة للحرارة في الحليب والمنتجات الغذائية الأخرى (مثل عصير التفاح والعسل) (الشكل ( PageIndex {4} )). ومع ذلك ، نظرًا لأن المنتجات الغذائية المبسترة ليست معقمة ، فسوف تفسد في النهاية.

الطرق المستخدمة لبسترة الحليب توازن درجة الحرارة وطول مدة العلاج. إحدى الطرق ، وهي البسترة ذات درجة الحرارة العالية لفترة قصيرة (HTST) ، تعرض الحليب لدرجة حرارة تصل إلى 72 درجة مئوية لمدة 15 ثانية ، مما يقلل من أعداد البكتيريا مع الحفاظ على جودة الحليب. البديل هو البسترة شديدة الحرارة (UHT) ، حيث يتعرض الحليب لدرجة حرارة 138 درجة مئوية لمدة ثانيتين أو أكثر. يمكن تخزين الحليب المبستر UHT لفترة طويلة في حاويات محكمة الغلق دون تبريد ؛ ومع ذلك ، فإن درجات الحرارة المرتفعة للغاية تغير البروتينات في الحليب ، مما يتسبب في تغيرات طفيفة في الطعم والرائحة. ومع ذلك ، فإن طريقة البسترة هذه مفيدة في المناطق التي يكون فيها الوصول إلى التبريد محدودًا.

تمرين ( PageIndex {1} )

  1. في الأوتوكلاف ، كيف يتم الوصول إلى درجات حرارة أعلى من درجة الغليان؟
  2. كيف يمكن مقارنة بداية التلف بين الحليب المبستر HTST والحليب المبستر UHT؟
  3. لماذا لا يستخدم الغليان كطريقة تعقيم في بيئة سريرية؟

التبريد والتجميد

مثلما تكون درجات الحرارة المرتفعة فعالة في التحكم في نمو الميكروبات ، فإن تعريض الميكروبات لدرجات حرارة منخفضة يمكن أن يكون أيضًا طريقة سهلة وفعالة للتحكم الميكروبي ، باستثناء المتسللين النفسيين ، الذين يفضلون درجات الحرارة الباردة (انظر درجة الحرارة والنمو الميكروبي). تحافظ الثلاجات المستخدمة في المطابخ المنزلية أو في المختبر على درجات حرارة تتراوح بين 0 درجة مئوية و 7 درجات مئوية. نطاق درجة الحرارة هذا يمنع التمثيل الغذائي للميكروبات ، ويبطئ نمو الكائنات الحية الدقيقة بشكل كبير ويساعد في الحفاظ على المنتجات المبردة مثل الأطعمة أو المستلزمات الطبية. يمكن حفظ أنواع معينة من المزارع المعملية عن طريق التبريد لاستخدامها لاحقًا.

قد يؤدي التجميد إلى أقل من -2 درجة مئوية إلى إيقاف نمو الميكروبات وحتى قتل الكائنات الحية الحساسة. وفقًا لوزارة الزراعة الأمريكية (USDA) ، فإن الطرق الآمنة الوحيدة التي يمكن من خلالها إذابة الأطعمة المجمدة هي وضعها في الثلاجة ، أو غمرها في ماء بارد يتم تغييره كل 30 دقيقة ، أو في الميكروويف ، مما يؤدي إلى الاحتفاظ بالطعام في درجات حرارة لا تساعد على نمو البكتيريا. .1بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يبدأ نمو البكتيريا المتوقف في الأطعمة المذابة ، لذلك يجب معاملة الأطعمة المذابة مثل الأطعمة الطازجة سريعة التلف.

غالبًا ما يتم تجميد المزارع البكتيرية والعينات الطبية التي تتطلب التخزين أو النقل على المدى الطويل عند درجات حرارة منخفضة جدًا تصل إلى -70 درجة مئوية أو أقل. يمكن تحقيق درجات الحرارة شديدة الانخفاض هذه من خلال تخزين العينات على ثلج جاف في مجمد منخفض للغاية أو في خزانات نيتروجين سائل خاصة ، والتي تحافظ على درجات حرارة أقل من -196 درجة مئوية (الشكل ( PageIndex {5} )).

تمرين ( PageIndex {2} )

هل وضع الطعام في الثلاجة يقتل البكتيريا الموجودة على الطعام؟

بقعة من البوتاسيوم السيئ

في أحد أيام الإثنين من ربيع عام 2015 ، بدأت امرأة من ولاية أوهايو تعاني من رؤية ضبابية مزدوجة. صعوبة في البلع وتدلى الجفون. تم نقلها على وجه السرعة إلى قسم الطوارئ في مستشفاها المحلي. أثناء الفحص ، بدأت تعاني من تقلصات في البطن وغثيان وشلل وجفاف الفم وضعف عضلات الوجه وصعوبة التحدث والتنفس. بناءً على هذه الأعراض ، تم تنشيط مركز قيادة الحوادث بالمستشفى ، وتم إخطار مسؤولي الصحة العامة في ولاية أوهايو بإمكانية الإصابة بالتسمم الغذائي. في غضون ذلك ، بدأ مرضى آخرون يعانون من أعراض مماثلة في الظهور في مستشفيات محلية أخرى. بسبب الاشتباه في التسمم الغذائي ، تم شحن مضاد السموم بين عشية وضحاها من مركز السيطرة على الأمراض إلى هذه المرافق الطبية ، ليتم إعطاؤه للمرضى المصابين. توفي المريض الأول بسبب فشل في الجهاز التنفسي نتيجة الشلل ، ونحو نصف الضحايا الباقين احتاجوا إلى دخول إضافي إلى المستشفى بعد إعطاء مضادات السموم ، مع وجود جهازين على الأقل للتنفس.

حقق مسؤولو الصحة العامة في كل حالة من الحالات وقرروا أن جميع المرضى قد حضروا نفس مأدبة الطعام في الكنيسة في اليوم السابق. علاوة على ذلك ، فقد تتبعوا مصدر تفشي المرض إلى سلطة البطاطس المصنوعة من البطاطس المعلبة في المنزل. على الأرجح ، تم تعليب البطاطس باستخدام الماء المغلي ، وهي طريقة تسمح باستخدام الأبواغ الداخلية كلوستريديوم البوتولينوم للبقاء على قيد الحياة. C. البوتولينوم ينتج توكسين البوتولينوم ، وهو سم عصبي غالبًا ما يكون مميتًا بمجرد تناوله. وفقًا لمركز السيطرة على الأمراض ، كانت حالة أوهايو أكبر انتشار للتسمم الغذائي في الولايات المتحدة منذ ما يقرب من 40 عامًا.4

قتل C. البوتولينوم تتطلب الأبواغ الداخلية درجة حرارة لا تقل عن 116 درجة مئوية (240 درجة فهرنهايت) ، أعلى بكثير من نقطة غليان الماء. لا يمكن الوصول إلى درجة الحرارة هذه إلا في معلبات الضغط ، والتي يوصى بها لتعليب الأطعمة منخفضة الحموضة في المنزل مثل اللحوم والأسماك والدواجن والخضروات (الشكل ( PageIndex {6} )). بالإضافة إلى ذلك ، يوصي مركز السيطرة على الأمراض (CDC) بغلي الأطعمة المعلبة في المنزل لمدة 10 دقائق قبل الاستهلاك. نظرًا لأن توكسين البوتولينوم قابل للحرارة (بمعنى أنه يتم تغيير طبيعته بالحرارة) ، فإن 10 دقائق من الغليان ستؤدي إلى عدم عمل أي سم من البوتولينوم قد يحتويه الطعام.

لمعرفة المزيد حول تقنيات التعليب المنزلي المناسبة ، تفضل بزيارة موقع CDC على الويب.

تجفيف

التجفيف ، المعروف أيضًا باسم الجفاف أو الجفاف ، هو طريقة تم استخدامها لآلاف السنين للحفاظ على الأطعمة مثل الزبيب والخوخ والمقبلات. إنه يعمل لأن جميع الخلايا ، بما في ذلك الميكروبات ، تتطلب الماء لعملية التمثيل الغذائي والبقاء على قيد الحياة. على الرغم من أن التجفيف يتحكم في نمو الميكروبات ، إلا أنه قد لا يقتل جميع الميكروبات أو أبواغها الداخلية ، والتي قد تبدأ في النمو مرة أخرى عندما تكون الظروف أكثر ملاءمة ويتم استعادة المحتوى المائي.

في بعض الحالات ، يتم تجفيف الأطعمة في الشمس ، بالاعتماد على التبخر لتحقيق الجفاف. التجفيف بالتجميد ، أو التجفيف بالتجميد ، هو طريقة أخرى للتحلية يتم فيها تجميد أحد العناصر بسرعة ("التجميد المفاجئ") ووضعه في فراغ بحيث يتم فقد الماء عن طريق التسامي. يجمع التجفيف بين التعرض لدرجات الحرارة الباردة والجفاف ، مما يجعله فعالاً للغاية للتحكم في نمو الميكروبات. بالإضافة إلى ذلك ، يتسبب التجفيف في تلف عنصر أقل من التجفيف التقليدي ويحافظ بشكل أفضل على الصفات الأصلية للعنصر. يمكن تخزين العناصر المجففة بالتبريد في درجة حرارة الغرفة إذا تم تعبئتها بشكل مناسب لمنع اكتساب الرطوبة. يتم استخدام التجفيد للحفظ في صناعة الأغذية ، كما يتم استخدامه في المختبر لتخزين ونقل الثقافات الميكروبية على المدى الطويل.

يمكن خفض المحتوى المائي للأطعمة والمواد ، والذي يسمى النشاط المائي ، بدون تجفيف مادي عن طريق إضافة مواد مذابة مثل الأملاح أو السكريات. عند وجود تركيزات عالية جدًا من الأملاح أو السكريات ، تنخفض كمية المياه المتاحة في الخلايا الميكروبية بشكل كبير لأن الماء سينتقل من منطقة ذات تركيز منخفض الذائبة (داخل الخلية) إلى منطقة ذات تركيز عالي الذائبة (خارج الخلية) ( الشكل ( PageIndex {7} )). العديد من الكائنات الحية الدقيقة لا تنجو من هذه الظروف من الضغط الأسموزي العالي. العسل ، على سبيل المثال ، عبارة عن 80٪ سكروز ، وهي بيئة لا يستطيع فيها عدد قليل جدًا من الكائنات الحية الدقيقة النمو ، مما يلغي الحاجة إلى التبريد. كانت اللحوم والأسماك المملحة ، مثل لحم الخنزير وسمك القد ، على التوالي ، من الأطعمة المهمة للغاية قبل عصر التبريد. تم حفظ الثمار بإضافة السكر وصنع المربى والهلام. ومع ذلك ، فإن بعض الميكروبات ، مثل العفن والخمائر ، تميل إلى أن تكون أكثر تحملاً للجفاف والضغط الأسموزي المرتفع ، وبالتالي قد تلوث هذه الأنواع من الأطعمة.

تمرين ( PageIndex {3} )

كيف تؤثر إضافة الملح أو السكر على الطعام على نشاطه المائي؟

إشعاع

يمكن استخدام الإشعاع بأشكال مختلفة ، من الإشعاع عالي الطاقة إلى ضوء الشمس ، لقتل الميكروبات أو منع نموها. إشعاعات أيونية تشمل الأشعة السينية وأشعة جاما وأشعة الإلكترون عالية الطاقة. الإشعاع المؤين قوي بما يكفي ليمرر إلى الخلية ، حيث يغير الهياكل الجزيئية ويتلف مكونات الخلية. على سبيل المثال ، يقدم الإشعاع المؤين فواصل مزدوجة في جزيئات الحمض النووي. قد يتسبب هذا مباشرة في حدوث طفرات في الحمض النووي ، أو قد تحدث طفرات عندما تحاول الخلية إصلاح تلف الحمض النووي. مع تراكم هذه الطفرات ، فإنها تؤدي في النهاية إلى موت الخلايا.

تخترق كل من الأشعة السينية وأشعة جاما الورق والبلاستيك بسهولة وبالتالي يمكن استخدامها لتعقيم العديد من المواد المعبأة. في المختبر ، يشيع استخدام الإشعاع المؤين لتعقيم المواد التي لا يمكن تعقيمها ، مثل أطباق بتري البلاستيكية وحلقات التلقيح البلاستيكية التي يمكن التخلص منها. للاستخدام السريري ، يتم استخدام الإشعاع المؤين لتعقيم القفازات والأنابيب الوريدية وغيرها من مواد اللاتكس والبلاستيك المستخدمة لرعاية المرضى. يستخدم الإشعاع المؤين أيضًا لتعقيم الأنواع الأخرى من المواد الحساسة والحساسة للحرارة المستخدمة سريريًا ، بما في ذلك الأنسجة المستخدمة في الزراعة والأدوية والمعدات الطبية.

في أوروبا ، يتم استخدام تشعيع جاما لحفظ الطعام على نطاق واسع ، على الرغم من أنه كان بطيئًا في الانتشار في الولايات المتحدة (انظر مربع التوصيلات الدقيقة حول هذا الموضوع). غالبًا ما تتعرض البهارات المجففة المعبأة لإشعاع جاما. نظرًا لقدرتها على اختراق الورق والبلاستيك والألواح الرقيقة من الخشب والمعدن والأنسجة ، يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام الأشعة السينية وتشعيع جاما. لا يمكن لهذه الأنواع من الإشعاع المؤين أن تخترق طبقات سميكة من الحديد أو الرصاص ، لذلك تُستخدم هذه المعادن بشكل شائع لحماية البشر الذين يحتمل تعرضهم.

نوع آخر من الإشعاع ، الإشعاع غير المؤين ، يستخدم بشكل شائع للتعقيم ويستخدم طاقة أقل من الإشعاع المؤين. لا تخترق الخلايا أو التغليف.ومن الأمثلة على ذلك الضوء فوق البنفسجي. يتسبب في تكوين ثايمين الثايمين بين الثايمينات المجاورة داخل خيط واحد من الحمض النووي (الشكل ( PageIndex {8} )). عندما يصادف بوليميراز الدنا ثايمين الثايمين ، فإنه لا يشتمل دائمًا على النيوكليوتيدات التكميلية المناسبة (اثنان من الأدينين) ، وهذا يؤدي إلى تكوين طفرات يمكن أن تقتل الكائنات الحية الدقيقة في النهاية.

يمكن استخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية بشكل فعال من قبل كل من المستهلكين وموظفي المختبر للتحكم في نمو الميكروبات. يتم الآن دمج مصابيح الأشعة فوق البنفسجية بشكل شائع في أنظمة تنقية المياه لاستخدامها في المنازل. بالإضافة إلى ذلك ، يشيع استخدام مصابيح الأشعة فوق البنفسجية الصغيرة المحمولة من قبل المعسكر لتنقية المياه من البيئات الطبيعية قبل الشرب. تُستخدم مصابيح مبيدات الجراثيم أيضًا في الأجنحة الجراحية ، وخزائن السلامة البيولوجية ، وأغطية النقل ، وعادةً ما تنبعث منها الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة يبلغ 260 نانومتر. نظرًا لأن ضوء الأشعة فوق البنفسجية لا يخترق الأسطح ولن يمر عبر البلاستيك أو الزجاج ، يجب أن تتعرض الخلايا مباشرة لمصدر الضوء.

يحتوي ضوء الشمس على طيف واسع جدًا يتضمن الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. في بعض الحالات ، يمكن أن يكون ضوء الشمس فعالاً ضد بكتيريا معينة بسبب تكوين ثايمين الثايمين بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية وبسبب إنتاج منتجات الأكسجين التفاعلية المستحثة بكميات منخفضة عن طريق التعرض للضوء المرئي.

تمرين ( PageIndex {4} )

  1. ما ميزتان للإشعاع المؤين كطريقة تعقيم؟
  2. كيف تقارن فعالية الإشعاع المؤين بفاعلية الإشعاع غير المؤين؟

الأطعمة المروية: هل تأكل ذلك؟

من بين جميع طرق منع تلف الطعام والأمراض التي تنتقل عن طريق الغذاء ، قد يكون تشعيع جاما هو أكثر الطرق التي تفتقر إلى الشهية. على الرغم من أن تشعيع جاما هو طريقة مثبتة للتخلص من الميكروبات التي قد تكون ضارة من الطعام ، إلا أن الجمهور لم يقبل بعد. ومع ذلك ، فإن معظم مخاوفهم تنبع من المعلومات الخاطئة والفهم السيئ للمبادئ الأساسية للإشعاع.

الطريقة الأكثر شيوعًا للإشعاع هي تعريض الطعام للكوبالت 60 أو السيزيوم 137 عن طريق تمريره عبر غرفة الإشعاع على حزام ناقل. لا يتصل الطعام مباشرة بالمواد المشعة ولا يصبح مشعًا بحد ذاته. وبالتالي ، لا يوجد خطر من التعرض للمواد المشعة من خلال تناول الأطعمة المشعة بأشعة جاما. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتم تغيير الأطعمة المعالجة بالإشعاع بشكل كبير من حيث الجودة الغذائية ، بصرف النظر عن فقدان بعض الفيتامينات ، والذي يتفاقم أيضًا بسبب التخزين الممتد. قد تحدث تغيرات في الطعم أو الرائحة في الأطعمة المشععة التي تحتوي على نسبة عالية من الدهون ، مثل اللحوم الدهنية ومنتجات الألبان ، ولكن يمكن تقليل هذا التأثير باستخدام جرعات أقل من الإشعاع في درجات حرارة منخفضة.

في الولايات المتحدة ، اعتبرت مراكز مكافحة الأمراض والوقاية منها ، ووكالة حماية البيئة (EPA) ، وإدارة الغذاء والدواء (FDA) أن التشعيع آمن وفعال لأنواع مختلفة من اللحوم والدواجن والمحار والفواكه والخضروات الطازجة والبيض والمحار و البهارات والتوابل. تمت الموافقة على تشعيع الأطعمة بأشعة جاما أيضًا للاستخدام في العديد من البلدان الأخرى ، بما في ذلك فرنسا وهولندا والبرتغال وإسرائيل وروسيا والصين وتايلاند وبلجيكا وأستراليا وجنوب إفريقيا. للمساعدة في التخفيف من قلق المستهلك والمساعدة في جهود التعليم ، يتم الآن تمييز الأطعمة المشععة بوضوح وتمييزها برمز الإشعاع الدولي ، المسمى "Radura" (الشكل ( PageIndex {9} )). يبدو أن قبول المستهلك آخذ في الارتفاع ، كما أشارت العديد من الدراسات الحديثة.

صوتنة

يسمى استخدام الموجات فوق الصوتية عالية التردد لتعطيل هياكل الخلايا بالموجات فوق الصوتية. يؤدي تطبيق الموجات فوق الصوتية إلى تغيرات سريعة في الضغط داخل السائل داخل الخلايا ؛ هذا يؤدي إلى التجويف ، وتشكيل فقاعات داخل الخلية ، والتي يمكن أن تعطل هياكل الخلية وفي النهاية تتسبب في انهيار الخلية أو انهيارها. Sonication مفيد في المختبر لتحلل الخلايا بكفاءة لإطلاق محتوياتها لمزيد من البحث ؛ خارج المختبر ، يتم استخدام الصوتنة لتنظيف الأدوات الجراحية والعدسات ومجموعة متنوعة من الأشياء الأخرى مثل العملات المعدنية والأدوات والآلات الموسيقية.

الترشيح

الترشيح هو طريقة لفصل الميكروبات جسديا عن العينات. عادةً ما يتم ترشيح الهواء من خلال مرشحات هواء جسيمات عالية الكفاءة (HEPA) (الشكل ( PageIndex {10} )). تتمتع فلاتر HEPA بأحجام مسام فعالة تبلغ 0.3 ميكرومتر ، وهي صغيرة بما يكفي لالتقاط الخلايا البكتيرية ، والأبواغ الداخلية ، والعديد من الفيروسات ، حيث يمر الهواء عبر هذه المرشحات ، مما يؤدي إلى تعقيم الهواء تقريبًا على الجانب الآخر من الفلتر. تتمتع فلاتر HEPA بمجموعة متنوعة من التطبيقات وتُستخدم على نطاق واسع في البيئات السريرية وفي السيارات والطائرات وحتى في المنزل. على سبيل المثال ، يمكن العثور عليها في المكانس الكهربائية وأنظمة التدفئة وتكييف الهواء وأجهزة تنقية الهواء.

خزانات السلامة البيولوجية

خزانات السلامة البيولوجية هي مثال جيد على استخدام مرشحات HEPA. تُستخدم مرشحات HEPA في خزانات السلامة البيولوجية (BSCs) لإزالة الجسيمات الموجودة في الهواء إما التي تدخل الخزانة (مدخل الهواء) ، أو مغادرة الخزانة (عادم الهواء) ، أو معالجة كل من السحب والعادم. إن استخدام مرشح HEPA لسحب الهواء يمنع الملوثات البيئية من دخول BSC ، مما يخلق منطقة نظيفة للتعامل مع المواد البيولوجية. يمنع استخدام مرشح HEPA لعادم الهواء مسببات الأمراض المختبرية من تلويث المختبر ، وبالتالي الحفاظ على منطقة عمل آمنة لموظفي المختبر.

هناك ثلاث فئات من BSCs: الأول والثاني والثالث. تم تصميم كل فئة لتوفير مستوى مختلف من الحماية لموظفي المختبر والبيئة ؛ تم تصميم BSC II و III أيضًا لحماية المواد أو الأجهزة الموجودة في الخزانة. يلخص الجدول ( PageIndex {1} ) مستوى الأمان الذي توفره كل فئة من معايير BSC لكل BSL.

الجدول ( PageIndex {1} ): المخاطر البيولوجية و BSCs
تقييم المخاطر البيولوجيةفئة BSCحماية الموظفينحماية البيئةحماية المنتج
BSL-1 ، BSL-2 ، BSL-3أنانعمنعملا
BSL-1 ، BSL-2 ، BSL-3ثانيًانعمنعمنعم
BSL-4الثالث ؛ II عند استخدامها في غرفة البدلةنعمنعمنعم

تحمي BSCs من الفئة الأولى عمال المختبرات والبيئة من مخاطر منخفضة إلى متوسطة للتعرض للعوامل البيولوجية المستخدمة في المختبر. يُسحب الهواء إلى الخزانة ثم يتم تصفيته قبل الخروج من خلال نظام عادم المبنى. تستخدم BSCs من الفئة الثانية تدفق الهواء الاتجاهي وأنظمة الحاجز الجزئي لاحتواء العوامل المعدية. تم تصميم BSCs من الفئة III للعمل مع العوامل شديدة العدوى مثل تلك المستخدمة في مختبرات BSL-4. إنها مانعة لتسرب الغاز ، والمواد التي تدخل أو تخرج من الخزانة يجب أن تمر عبر نظام الباب المزدوج ، مما يسمح بتطهير المساحة المتداخلة بين الاستخدامات. يتم تمرير كل الهواء من خلال واحد أو اثنين من مرشحات HEPA ونظام حرق الهواء قبل استنفاده مباشرة إلى الخارج (وليس من خلال نظام عادم المبنى). يمكن للأفراد معالجة المواد داخل خزانة الفئة الثالثة باستخدام قفازات مطاطية طويلة محكمة الغلق في الخزانة.

يوضح هذا الفيديو كيف تم تصميم BSCs ويشرح كيفية حماية الأفراد والبيئة والمنتج.

الترشيح في المستشفيات

تُستخدم مرشحات HEPA أيضًا بشكل شائع في المستشفيات والأجنحة الجراحية لمنع التلوث وانتشار الميكروبات المحمولة جواً من خلال أنظمة التهوية. يمكن تصميم أنظمة ترشيح HEPA للمباني بأكملها أو للغرف الفردية. على سبيل المثال ، قد تتطلب وحدات الحروق أو غرف العمليات أو وحدات العزل أنظمة ترشيح HEPA خاصة لإزالة مسببات الأمراض الانتهازية من البيئة لأن المرضى في هذه الغرف معرضون بشكل خاص للعدوى.

مرشحات الغشاء

يمكن أيضًا استخدام الترشيح لإزالة الميكروبات من عينات السائل باستخدام الترشيح الغشائي. تعمل المرشحات الغشائية للسوائل بشكل مشابه لمرشحات الهواء HEPA. عادةً ما يكون لمرشحات الغشاء المستخدمة لإزالة البكتيريا حجم مسام فعال يبلغ 0.2 ميكرومتر ، وهو أصغر من متوسط ​​حجم البكتيريا (1 ميكرومتر) ، ولكن المرشحات ذات أحجام المسام الأصغر متاحة لتلبية احتياجات أكثر تحديدًا. يعد الترشيح الغشائي مفيدًا لإزالة البكتيريا من أنواع مختلفة من المحاليل الحساسة للحرارة المستخدمة في المختبر ، مثل محاليل المضادات الحيوية ومحاليل الفيتامينات. يمكن أيضًا تعقيم كميات كبيرة من وسائط المزرعة بدلاً من تعقيمها لحماية المكونات الحساسة للحرارة. غالبًا عند تصفية الأحجام الصغيرة ، يتم استخدام مرشحات الحقن ، ولكن عادةً ما تستخدم المرشحات الفراغية لفلترة الأحجام الكبيرة (الشكل ( PageIndex {11} )).

تمرين ( PageIndex {5} )

  1. هل من المحتمل أن يؤدي الترشيح الغشائي باستخدام مرشح 0.2 ميكرومتر إلى إزالة الفيروسات من المحلول؟ يشرح.
  2. قم بتسمية اثنين على الأقل من الاستخدامات الشائعة لترشيح HEPA في الإعدادات السريرية أو المختبرية.

يلخص الشكل ( PageIndex {12} ) والشكل ( PageIndex {13} ) الطرق المادية للتحكم التي تمت مناقشتها في هذا القسم.

المفاهيم الأساسية والملخص

  • الحرارة هي طريقة مستخدمة على نطاق واسع وفعالة للغاية للتحكم في نمو الميكروبات.
  • التعقيم بالحرارة الجافة تُستخدم البروتوكولات بشكل شائع في تقنيات التعقيم في المختبر. لكن، التعقيم بالحرارة الرطبة هو عادة البروتوكول الأكثر فعالية لأنه يخترق الخلايا بشكل أفضل من الحرارة الجافة.
  • بسترة يستخدم لقتل مسببات الأمراض وتقليل عدد الميكروبات التي تسبب فساد الطعام. بسترة عالية الحرارة ووقت قصير يشيع استخدامه لبسترة الحليب الذي سيتم تبريده ؛ البسترة بدرجة حرارة عالية جدًا يمكن استخدامه لبسترة الحليب للتخزين طويل الأمد بدون تبريد.
  • التبريد يبطئ نمو الميكروبات. التجميد يوقف النمو ويقتل بعض الكائنات الحية. يمكن تجميد العينات المختبرية والطبية على الجليد الجاف أو في درجات حرارة شديدة الانخفاض للتخزين والنقل.
  • يمكن استخدام المعالجة بالضغط العالي لقتل الميكروبات في الطعام. كما تم استخدام العلاج بالأكسجين عالي الضغط لزيادة تشبع الأكسجين لعلاج بعض أنواع العدوى.
  • تجفيف تستخدم منذ فترة طويلة لحفظ الأطعمة ويتم تسريعها من خلال إضافة الملح أو السكر ، مما يقلل من نشاط الماء في الأطعمة.
  • التجفيف يجمع بين التعرض للبرودة والجفاف من أجل التخزين طويل الأجل للأطعمة والمواد المختبرية ، لكن الميكروبات تبقى ويمكن إعادة ترطيبها.
  • إشعاعات أيونية، بما في ذلك تشعيع جاما ، طريقة فعالة لتعقيم المواد الحساسة للحرارة والمعبأة. الإشعاع غير المؤين، مثل الضوء فوق البنفسجي ، غير قادر على اختراق الأسطح ولكنه مفيد لتعقيم الأسطح.
  • هيبا يشيع استخدام الترشيح في أنظمة تهوية المستشفيات وخزائن السلامة البيولوجية في المختبرات لمنع انتقال الميكروبات المحمولة جواً. الترشيح الغشائي يستخدم عادة لإزالة البكتيريا من المحاليل الحساسة للحرارة.

متعدد الخيارات

أي من الطرق التالية تؤدي إلى تحلل الخلايا بسبب التجويف الناجم عن تغيرات الضغط الموضعية السريعة؟

أ. المايكرويف
إشعاع جاما
ج- الأشعة فوق البنفسجية
صوتنة D.

د

أي من المصطلحات التالية يستخدم لوصف الوقت المطلوب لقتل جميع الميكروبات داخل العينة عند درجة حرارة معينة؟

A. D- القيمة
نقطة الموت الحرارية
وقت الموت الحراري
D. وقت التخفيض العشري

ج

أي من طرق التحكم في الميكروبات التالية لا تقتل بالفعل الميكروبات أو تمنع نموها ولكنها بدلاً من ذلك تزيلها جسديًا من العينات؟

ألف الترشيح
الجفاف
جيم التجفيد
د- الإشعاع غير المؤين

أ

املاء الفراغ

في الأوتوكلاف ، يتم زيادة الضغط على ________ للسماح للبخار بالوصول إلى درجات حرارة أعلى من نقطة غليان الماء.

بخار

خطأ صحيح

يمكن للإشعاع المؤين اختراق الأسطح ، لكن الإشعاع غير المؤين لا يمكنه ذلك.

حقيقي

تتطلب بروتوكولات التعقيم بالحرارة الرطبة استخدام درجات حرارة أعلى لفترات أطول من الوقت الذي تتطلبه بروتوكولات التعقيم بالحرارة الجافة.

خاطئة

اجابة قصيرة

ما هي ميزة البسترة HTST مقارنة بالتعقيم؟ ما هي ميزة العلاج بالحرارة الفائقة؟

كيف تساعد إضافة الملح أو السكر في الحفاظ على الطعام؟

أيهما أكثر فعالية في قتل الميكروبات: التعقيم أم التجميد؟ يشرح.

التفكير النقدي

في عام 2001 ، endospores من عصيات الجمرة الخبيثةتم إرسال العامل المسبب لمرض الجمرة الخبيثة إلى المسؤولين الحكوميين ووكالات الأنباء عبر البريد. رداً على ذلك ، بدأت خدمة البريد الأمريكية في إشعاع البريد بالأشعة فوق البنفسجية. هل كانت هذه استراتيجية فعالة؟ لما و لما لا؟

الحواشي

  1. 1 وزارة الزراعة الأمريكية. "التجميد وسلامة الغذاء." 2013. http://www.fsis.usda.gov/wps/portal/...afety/CT_Index. تم الوصول إليه في 8 حزيران 2016.
  2. 2 جيم فيرستل. "معالجة الضغط العالي: رؤى حول التكنولوجيا والمتطلبات التنظيمية." غذاء للفكر / ورقة بيضاء. حجم السلسلة 10. ليفرمور ، كاليفورنيا: The National Food Lab؛ يوليو 2013.
  3. 3 إدارة الغذاء والدواء الأمريكية. "حركية التثبيط الميكروبي لتقنيات معالجة الأغذية البديلة: المعالجة بالضغط العالي." 2000. www.fda.gov/Food/FoodScienceR.../ucm101456.htm. تم الوصول إليه في 19 يوليو 2106.
  4. 4 سي إل مكارتي وآخرون. "اندلاع كبير للتسمم الغذائي المرتبط بوجبة بوتلوك بكنيسة أوهايو ، 2015." التقرير الأسبوعي للإصابة بالأمراض والوفيات 64 ، لا. 29 (2015): 802-803.
  5. 5 صباحًا جونسون وآخرون. "قبول المستهلك لحوم الدواجن الجاهزة للأكل المشعّة بالإلكترون." حفظ الأغذية، 28 لا. 4 (2004): 302-319.

رف الكتب

NCBI Bookshelf. خدمة للمكتبة الوطنية للطب ، المعاهد الوطنية للصحة.

المجلس القومي للبحوث (الولايات المتحدة) لجنة تحديد وتقييم الآثار غير المقصودة للأغذية المهندسة وراثيا على صحة الإنسان. سلامة الأطعمة المعدلة وراثيا: مناهج لتقييم الآثار الصحية غير المقصودة. واشنطن (دي سي): مطبعة الأكاديميات الوطنية (الولايات المتحدة) 2004.


الطرق الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لإزالة مركبات الزرنيخ

الزرنيخ مادة فلزية سامة تنتشر على نطاق واسع في الطبيعة. يوجد عادة كزرنيخ تحت ظروف الأكسدة بينما الزرنيخ هو السائد تحت ظروف الاختزال. ترجع عمليات التصريف الرئيسية للزرنيخ في البيئة بشكل أساسي إلى المصادر الطبيعية مثل طبقات المياه الجوفية والمصادر البشرية. من المعروف أن أملاح الزرنيخ أكثر سمية من الزرنيخ لأنه يرتبط بالثيول المتجاور في نازعة هيدروجين البيروفات بينما يثبط الزرنيخ عملية الفسفرة المؤكسدة. يتم امتصاص الآليات الشائعة لإزالة السموم من الزرنيخ بواسطة ناقلات الفوسفات ، والأكواجليسروبورينات ، ونظام البثق النشط ويتم تقليلها بواسطة اختزال الزرنيخ عن طريق آلية تقليل التشتت. تستخدم بعض أنواع الكائنات الحية الدقيقة ذاتية التغذية وغيرية التغذية أوكسيانيونات الزرنيخ لتجديد طاقتها. بعض أنواع الكائنات الحية الدقيقة قادرة على استخدام الزرنيخ كمغذٍ لها في عملية التنفس. عوامل إزالة السموم هي شكل شائع من مقاومة الزرنيخ في الكائنات الحية الدقيقة. ومن ثم ، فإن استخدام المعالجة البيولوجية يمكن أن يكون وسيلة فعالة واقتصادية للحد من هذا الملوث من البيئة.

1 المقدمة

الزرنيخ هو أحد أشباه الفلزات السامة الموجودة في أكثر من 200 شكل من المعادن المختلفة ، حيث 60٪ منها عادة عبارة عن زرنيخ ، و 20٪ عبارة عن كبريتات وكبريتيدات و 20٪ المتبقية عبارة عن زرنيخ وأكاسيد وزرنيخيد وسيليكات وعنصر زرنيخ [1 ، 2]. أدى تغلغل التكوّن والصهارة الجرانيتية إلى تكوين الزرنيوبيريت [1]. اكتشف البرتوس ماغنوس الزرنيخ لأول مرة في عام 1250 [3]. في ظل الظروف الطبيعية ، يدور الزرنيخ عادة على سطح الأرض حيث أدى تكسير الصخور إلى تحويل كبريتيد الزرنيخ إلى ثالث أكسيد الزرنيخ [2 ، 4]. علاوة على ذلك ، من المعروف أن الزرنيخ يحتوي على حالات أكسدة متعددة حيث يوجد إما في مركبات عضوية أو غير عضوية في بيئة مائية [5 ، 6]. كلا زوبريست وآخرون. [7] وروت وآخرون. [8] أشار إلى أن تنقل مركب الزرنيخ غير العضوي في البيئة المائية والرواسب الملوثة يتم التحكم فيه عن طريق عمليات الأكسدة والاختزال ، والترسيب ، والامتصاص ، وعمليات الذوبان. من المعروف أن طور الحديد الحديدي يلعب دورًا مهمًا في امتصاص الزرنيخات المذابة في المياه الجوفية المؤكسدة [8]. وفي الوقت نفسه ، فإن اختزال الزرنيخ إلى الزرنيخ في الانتقال من المياه المسامية الهوائية إلى المياه المسامية ناقصة الأكسجين غالبًا ما يتم بوساطة النشاط الميكروبي ، والذي يتضمن إزالة السموم وآليات التمثيل الغذائي [8]. في دراسة أخرى ، اقترح Saalfield و Bostick [9] أن وجود الكالسيوم والبيكربونات من المنتجات الثانوية للعمليات البيولوجية في طبقات المياه الجوفية سيعزز إطلاق الزرنيخ وقد لوحظ بعد ذلك الارتباط بين الكالسيوم والبيكربونات مع الزرنيخ.

يوجد الزرنيخ عادة في أربع حالات أكسدة: مثل −3 (زرنيخ) ، و As ° (زرنيخ) ، و +3 (زرنيخ) ، و As +5 (زرنيخات) [4 ، 10]. في بيئة التربة ، يوجد الزرنيخ بشكل عام في حالتين من حالات الأكسدة وهما +3 (الزرنيخ) و As +5 (الزرنيخ) ويوجد عادة كمزيج من As +3 (الزرنيخ) و As +5 (الزرنيخ) في الهواء [ 2]. من بين حالتي الأكسدة ، الزرنيخ هو النوع الرئيسي المرتبط بتلوث التربة بالزرنيخ ، وغالبًا ما يتم كتابته كـ

وهو مشابه جدًا للفوسفات [11 ، 12]. يمكن أن يعمل الزرنيخ كمثبط محتمل للفسفرة المؤكسدة. هذا مدعاة للقلق لأن الفسفرة المؤكسدة هي التفاعل الرئيسي لاستقلاب الطاقة في البشر والميتازوان [4]. تم الإبلاغ عن الزرنيخ باعتباره أكثر أشكال الزرنيخ سمية وقابلية للذوبان عند مقارنته بالزرنيخ ، ويمكن أن يرتبط بذرات الكبريت التفاعلية الموجودة في العديد من الإنزيمات ، بما في ذلك الإنزيمات التي تشارك في التنفس [4 ، 13]. علاوة على ذلك ، من المعروف أن الزرنيخ غير العضوي القابل للذوبان غالبًا ما يكون أكثر سمية من الشكل العضوي [2]. على عكس الزرنيخ والزرنيخ ، غالبًا ما يتوفر الزرنيخ كغازات شديدة السمية مثل (CH3)3 و ح3كما هو الحال في كثير من الأحيان عند التركيز المنخفض في البيئة [4].

وفي الوقت نفسه ، يبلغ متوسط ​​تركيز الزرنيخ في المياه العذبة حوالي 0.4 ميكرومترg / L ويمكن أن تصل إلى 2.6 ميكرومترز / لتر في مياه البحر [13]. ومع ذلك ، فقد تسبب النشاط الحراري في بعض الأماكن في ارتفاع مستوى الزرنيخ في المياه حيث يتراوح تركيز الزرنيخ في المياه الحرارية الجوفية في اليابان من 1.8 إلى 6.4 مجم / لتر بينما قد يصل تركيز الزرنيخ في مياه نيوزيلندا إلى 8.5 مجم / لتر. لام [2 ، 29 ، 30]. في الحالات القصوى ، كشف تحليل مياه الشرب من بئر جيسور ، بنجلاديش ، أن مستويات الزرنيخ يمكن أن تصل إلى 225 مجم / لتر [31].من ناحية أخرى ، يعتمد تركيز الزرنيخ في النباتات فقط على كمية الزرنيخ التي يتعرض لها النبات حيث يمكن أن يتراوح تركيز الزرنيخ من أقل من 0.01 ميكرومترجم / جم (وزن جاف) في المنطقة غير الملوثة إلى حوالي 5 ميكرومترg / g (الوزن الجاف) في المنطقة الملوثة [2]. على عكس النبات ، يحتوي تركيز الزرنيخ في الكائنات البحرية والثدييات على مجموعة واسعة من الاختلافات تتراوح من 0.005 إلى 0.3 مجم / كجم في بعض القشريات والرخويات ، 0.54 ميكرومترجم / جم في السمك ، أكثر من 100 ميكرومترجم / جم في بعض المحار ، وأقل من 0.3 ميكرومترg / g في البشر والحيوانات الأليفة [2]. يمكن أن يؤثر وجود حمض الهيوميك في باطن الأرض الضحلة على تنقل الزرنيخ لأن حمض الهيوميك يمكن أن يتفاعل مع الزرنيخ المائي لتكوين مجمعات غروانية مستقرة قد تلعب دورًا بارزًا في تعزيز حركة الزرنيخ. علاوة على ذلك ، فإن الجمع بين حمض الهيوميك وسطح هيدروكسيد الحديديك سيؤدي إلى تكوين معقدات مستقرة تنافس الزرنيخ في مواقع امتصاصه [32].

2. استخدام الزرنيخ

يعود تاريخ أول استخدام للزرنيخ في الطب إلى حوالي 2500 عام حيث كان يُستهلك بشكل أساسي لتحسين مشاكل التنفس وكذلك لإعطاء المرأة النضارة والجمال والسمنة [2]. كان الزرنيخ على شكل سالفارسان الزرنيخ (عقار يحتوي على الزرنيخ) هو العامل الأولي المضاد للميكروبات المستخدم في علاج الأمراض المعدية مثل مرض الزهري ومرض النوم في عام 1908 [3]. تم تطوير هذا الدواء على وجه التحديد بواسطة Sahachiro Hata بتوجيه من Paul Ehrlich في عام 1908 حيث أطلقوا على العقار اسم arsphenamine no. 606 [33]. في حين أن الزرنيخ على شكل ثالث أكسيد الزرنيخ (As2ا3) هو أحد أكثر أشكال الزرنيخ شيوعًا ، وغالبًا ما يستخدم في الصناعة التحويلية والزراعة ولأغراض طبية مثل علاج ابيضاض الدم النخاعي الحاد [34]. ثبت أيضًا أن ثالث أكسيد الزرنيخ مفيد في جرائم القتل الإجرامي نظرًا لخصائصه ، وهي عديمة الطعم ، وعديمة اللون ، وشديدة السمية ، وقابلة للذوبان في الماء [2 ، 4]. أدى الاستخدام المرتفع لثالث أكسيد الزرنيخ في حالات الانتحار إلى جعله يُشار إليه غالبًا باسم "مسحوق الوراثة" في القرن الثامن عشر [4].

خلال السبعينيات ، كان الزرنيخ يستخدم بشكل أساسي في الصناعة الزراعية على شكل مكون مبيد حشري من أجل التخلص من الحشرات [2 ، 13 ، 35]. تم استخدام الزرنيخ أيضًا كمجففات للقطن وكمواد حافظة للأخشاب في الولايات المتحدة [2]. تم تقديم استخدام الزرنيخ كمجفف للقطن حوالي عام 1956 واستخدم على نطاق واسع بسبب فعاليته وسعره المعقول [36]. إلى جانب ذلك ، كان الزرنيخ يستخدم أيضًا في صناعة السيراميك والزجاج ، وصناعة الأدوية ، والمضافات الغذائية وكذلك الأصباغ في الطلاء [13 ، 34]. وفي الوقت نفسه ، تم استخدام الزرنيخ على شكل حمض 4-أمينوبين-زينيرسينيك (حمض الزرنيليك ، p-ASA) كمضاف غذائي للحيوانات لتغذية الدجاج المرجل [37].

3. سمية الزرنيخ

لقد لوحظ أن الاستخدام المكثف للزرنيخ في التطبيقات الصناعية والكيميائية الزراعية هو من أسباب قليلة لتلوث المياه الجوفية والزرنيخ في البيئة [6 ، 38] حيث تكون التأثيرات أقل بكثير مقارنة بالأسباب الطبيعية [39]. أصبح وجود الزرنيخ في التربة والمياه مشكلة متزايدة في العديد من البلدان حول العالم ، بما في ذلك بنغلاديش والهند وتشيلي وتايوان [2 ، 40 ، 41] ، والمصدر الجيولوجي الطبيعي هو أحد الأسباب الرئيسية للتلوث [ 34]. سيؤدي استهلاك مياه الشرب الملوثة بمستوى خطير من الزرنيخ إلى الإصابة بمجموعة واسعة من الأمراض مثل الجلاد الزرنيخ وسرطان الرئة وسرطان الكبد وسرطان الرحم وسرطان الجلد وحدوث الجلد وسرطان المثانة وسرطان الخلايا الكبدية التي ستنتج في الموت البطيء والمؤلم [1 ، 2 ، 41-43]. في جنوب غرب تايوان ، أدى الاستهلاك البشري لمياه الآبار الارتوازية التي تحتوي على تركيز عالٍ من الزرنيخ إلى الإصابة بمرض القدم السوداء ، وهو مرض متوطن في الأوعية الدموية الطرفية في تلك المنطقة [40]. في الصين ، حتى عام 2012 ، وجد أن 19 مقاطعة لديها تركيز في مياه الشرب يتجاوز المستوى القياسي (0.05 مجم / لتر). تعتبر مقاطعات منغوليا الداخلية وشينجيانغ وشانشي "مناطق ساخنة" تاريخية معروفة لمياه الشرب الملوثة جغرافيا بالـ As [44].

أدت المياه الجوفية الملوثة في سهل الدلتا لنهر الجانج - ميجنا - براهمابوترا في بنغلاديش وغرب البنغال إلى مشكلة بيئية مثيرة للقلق حيث غالبًا ما يستهلك الأشخاص الذين يعيشون في تلك المنطقة هذه المياه [6 ، 45]. يعود سبب وجود الزرنيخ المائي بشكل أساسي إلى تجوية الصخور بالإضافة إلى ترسب الرواسب والنقل المصب للزرنيخ المعدني الغني الذي كان موجودًا في الأصل في جبال الهيمالايا [4]. وقد خلقت الإنشاءات الضخمة للآبار التي تهدف إلى توفير نوعية محسنة من المياه مع مسببات الأمراض المنقولة بالمياه المجانية للأشخاص الذين يعيشون في هذه المنطقة مشكلة أخرى حيث كانت المياه الجوفية في تلك المنطقة ملوثة بالزرنيخ [4]. في نيبال ، كان تلوث الزرنيخ (As) مشكلة رئيسية في أنظمة الشرب الخاصة بإمدادات المياه وخاصة في الكثافة السكانية العالية مثل مناطق تيراي. لا يزال السكان المحليون يستخدمون الأنبوب اليدوي والآبار المحفورة (بمضخات يدوية يتم حفرها على عمق ضحل إلى متوسط) لتلبية احتياجاتهم اليومية من المياه [46]. أظهرت نتائج التحليل على 25،058 عينة تم اختبارها في 20 مقاطعة ، ونشرت في تقرير الزرنيخ في نيبال ، أن 23٪ من العينات كانت تحتوي على 10-50. ميكرومترجم / لتر من As ، و 8 ٪ من العينات كانت تحتوي على أكثر من 50 ميكرومترز / لتر من As. أظهرت الحالة الأخيرة من أكثر من 737،009 عينة تم اختبارها أن 7.9٪ و 2.3٪ كانت ملوثة بنسبة 10-50 ميكرومترg / L و GT50 ميكرومترg / L من As ، على التوالي [46]. تشمل الأماكن الأخرى التي أبلغت عن تلوث المياه الجوفية بالزرنيخ الساحل الجنوبي الغربي لتايوان أنتوفاغاستا في تشيلي ستة مناطق من منطقة لاغونيرا الواقعة في الجزء الأوسط من شمال المكسيك مونت كيمادو مقاطعة كوردوبا في الأرجنتين مقاطعة ميلارد في يوتا والولايات المتحدة نوفا سكوشا في كندا ومنغوليا الداخلية ، مقاطعات كينغهاي ، جيلين ، شانشي ، شينجيانغ الويغور AR ، نينغشيا ، لياونينغ ، وخنان في الصين [2].

إن الابتلاع العرضي للمبيدات الحشرية أو المبيدات الحشرية المحتوية على الزرنيخ سيؤدي أيضًا إلى تسمم حاد بالزرنيخ والذي قد يؤدي أحيانًا إلى الوفاة عند تناول جرعة 100 مجم إلى 300 مجم [1]. أعراض التسمم الحاد بالزرنيخ هي القيء ، وآلام البطن ، والإسهال ، والتشنجات ، والتي ستؤدي بعد ذلك إلى الفشل الكلوي ، والتشوهات الدموية مثل اللوكيميا وفقر الدم ، والوذمة الرئوية ، وفشل الجهاز التنفسي ، ويمكن أن تؤدي أيضًا إلى الصدمة والغيبوبة و الموت [1 ، 2 ، 34]. في دراسة أخرى ، Lai et al. [47] ذكرت أن استهلاك المياه الملوثة بالزرنيخ سيزيد من خطر الإصابة بمرض السكري بمقدار الضعف. في الولايات المتحدة ، زاد انتشار مرض السكري بين الأشخاص الذين لديهم تركيزات الزرنيخ في البول في أكثر من 20٪ من عامة السكان [48]. أدى التلوث بالزرنيخ من المصادر الصناعية أيضًا إلى ظهور مظاهر جلدية للتسمم المزمن بالزرنيخ ، والذي أثر على 19.9٪ من السكان الذين يعيشون في رون فيبون ، تايلاند [2]. من ناحية أخرى ، تم الإبلاغ عن التسمم بالزرنيخ الناجم عن تناول الطعام (خاصة منتجات المأكولات البحرية) والمشروبات الملوثة بالزرنيخ في اليابان وإنجلترا وألمانيا والصين [2]. في كامبيناس ، البرازيل ، تم تقييم 116 عينة من المأكولات البحرية (المستخدمة في صناعة الساشيمي) من المطاعم اليابانية لوجود As [49]. تم العثور على عدة عينات بنسب مئوية أعلى من الحد الأقصى المسموح به من قبل اللوائح الأوروبية بما في ذلك 90٪ تونة ، 48٪ سلمون ، 31٪ بوري ، 100٪ أخطبوط. وخلص إلى أن الأخطبوط هو الساشيمي الذي ساهم في تكوين الزرنيخ. في حالة أخرى ، وجد أن تركيز الزرنيخ في الأرز مرتفع في بنغلاديش [50].

يُقترح التسميد بالفوسفات لخفض امتصاص الزرنيخ في النباتات لأن كلا المركبين يدخلان الأرز عبر نفس الناقل. ومع ذلك ، هناك حجج في بعض الحالات لأنه في ظل ظروف الفيضانات ، كما هو موجود مثل الزرنيخ ، الذي لا يمكن أن ينافس الفوسفات علاوة على ذلك ، يزيد الفوسفات مع قابلية التنقل لأنه يتنافس مع الزرنيخ في موقع الامتزاز على أكاسيد الحديد / الهيدروكسيدات [51]. وجود أكثر من 1.0 ميكرومترتركيز جرام / جرام من الزرنيخ في الشعر ، من 20 إلى 130 ميكرومترg / g في الأظافر ، وأكثر من 100 ميكرومترز يوميا في البول مؤشر على التسمم بالزرنيخ [2]. كما لوحظ ارتباط كبير مع المستويات الموجودة في عينات البول والأظافر والشعر البشري [31]. يقترح التحليل التلوي الذي يقيم آثار التعرض للزرنيخ أن الزيادة بنسبة 50٪ في مستويات الزرنيخ في البول قد تترافق مع انخفاض بنسبة 0.4 في حاصل الذكاء (IQ) للأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 5-15 سنة [52]. يعتبر امتصاص الزرنيخ عرضيًا لأن الزرنيخ والزرنيخ متشابهان كيميائيًا مع العناصر الغذائية المطلوبة [53]. في درجة الحموضة المحايدة ، تكون الأشكال ثلاثية التكافؤ من هذه الفلزات مشابهة هيكليًا للجليسرول ، وبالتالي يمكنها دخول الخلايا من خلال الأكوابورينات [54].

4. تقنيات / طرق إزالة الزرنيخ من البيئة

وفقًا لمعيار منظمة الصحة العالمية (WHO) المحدد في عام 1993 ، فإن الحد الأقصى للتلوث بالزرنيخ في مياه الشرب هو 10 ميكرومترجم / لتر أو 10 جزء في البليون. [1]. تم اعتماد هذا الحد لاحقًا من قبل الاتحاد الأوروبي في عام 1998 (توجيه المجلس 98/83 / EC) ، والذي تم نقله من خلال التشريع البرتغالي بموجب المرسوم القانوني (DL) رقم 236/2001 [1 ، 55]. في عام 2006 ، تبنت الولايات المتحدة أيضًا معيار منظمة الصحة العالمية لخفض معيار مياه الشرب الفيدرالي للحد الأقصى للزرنيخ من 50 ميكرومترجم / لتر إلى 10 ميكرومترز / لتر [8]. يجب أن تفي تقنيات إزالة الزرنيخ من البيئة بالعديد من المعايير الفنية الأساسية التي تشمل المتانة ، وعدم وجود آثار جانبية أخرى على البيئة ، والقدرة على الحفاظ على أنظمة إمدادات المياه لفترات طويلة وتلبية متطلبات الجودة للنهج الفيزيائية والكيميائية والميكروبيولوجية. ]. يوجد حاليًا العديد من الطرق لإزالة الزرنيخ من التربة الملوثة بالزرنيخ ، والتي يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات ، بما في ذلك الأساليب الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية [14].

في الأساليب الفيزيائية ، يمكن تقليل تركيز الزرنيخ في التربة بخلط كل من التربة الملوثة وغير الملوثة معًا مما يؤدي إلى مستوى مقبول من تخفيف الزرنيخ [14]. غسل التربة هو طريقة أخرى يتم تجميعها تحت الأساليب الفيزيائية حيث يتم غسل التربة الملوثة بالزرنيخ بتركيزات مختلفة من المواد الكيميائية مثل حامض الكبريتيك وحمض النيتريك وحمض الفوسفوريك وبروميد الهيدروجين [14]. غالبًا ما أدى اختيار المواد الكيميائية المستخدمة في الاستخلاص والتكلفة العالية إلى تقييد استخدام غسل التربة في عمليات على نطاق أصغر نظرًا لأنه من عيوب استخدام طريقة غسل التربة [14]. وفي الوقت نفسه ، يمكن للأسمنت أن يثبت حركة الزرنيخات الذائبة وقد استخدم بنجاح لتثبيت الحمأة الغنية بالـ As والتي قد تكون مناسبة لمعالجة الحمأة المتولدة من وحدات الإزالة المترسبة [15]. علاوة على ذلك ، تم تقييم التخلص من نفايات معالجة المياه المحتوية على As ، مع التركيز بشكل خاص على تقنيات التثبيت / التصلب (S / S) ، لمدى ملاءمتها للمعالجة على أنها تحتوي على نفايات. في هذه العملية ، من المحتمل أن يؤدي المحلول الملحي الناتج عن تجديد مرشحات الألومينا المنشطة إلى تسريع عملية ترطيب الأسمنت. علاوة على ذلك ، تم أيضًا استخدام المواد المضافة (المواد الخافضة للتوتر السطحي ، والمذيبات ، وما إلى ذلك) لتعزيز كفاءة تنظيف التربة باستخدام المحاليل المائية لأن قابلية الذوبان في الماء هي آلية التحكم في إذابة الملوثات. يعطي استخدام الفاعل بالسطح وحده حوالي 80-85٪ من الكفاءات في التجارب المعملية. أشارت الدراسات إلى أنه عند تطبيق شطف التربة في الحقل ، يمكن أن تختلف الكفاءة من 0٪ إلى 100٪ تقريبًا. غالبًا ما يعطي كفاءات معتدلة باستخدام منتج واحد فقط (الفاعل بالسطح ، والمذيب ، وسيكلودكسترين). من ناحية أخرى ، يؤدي استخدام طرق أكثر تعقيدًا مع حقن البوليمر إلى كفاءة أعلى [16].

تتضمن مناهج المعالجة الكيميائية الحالية المتاحة بشكل أساسي طرقًا مثل الامتزاز باستخدام وسائط معينة ، والتثبيت ، والتخثر المعدل جنبًا إلى جنب مع الترشيح ، والترسبات ، والتجميد ، وتفاعلات التعقيد [1 ، 14]. يعتبر التخثر جنبًا إلى جنب مع طريقة الترشيح لإزالة الزرنيخ من المصادر الملوثة اقتصاديًا تمامًا ولكن غالبًا ما تظهر كفاءات أقل (& lt90٪) [1]. تشكيل مراحل مستقرة ، على سبيل المثال ، FeAsO غير قابلة للذوبان4 (والأنواع المائية من هذا المركب مثل scorodite ، FeAsO4

2 ح2س) ، مفيد لإجراء التثبيت [17]. علاوة على ذلك ، يعد استخدام تعديلات التثبيت الانتقائية مهمة صعبة حيث أن غالبية المواقع الملوثة ملوثة بمعدن (سائل) متعدد. الأكاسيد النانوية والحديد (0) (حجم الجسيمات من 1 إلى 100 نانومتر) هي تحسين آخر محتمل لطريقة التثبيت [17]. تعتبر أكاسيد الجسيمات النانوية الطبيعية من أهم عوامل إزالة الملوثات في التربة [56] وبسبب تفاعلها ومساحتها الكبيرة نسبيًا (عشرات إلى مئات م 2 / جم) ، تعد جسيمات الأكسيد النانوية المهندسة مواد واعدة لمعالجة التربة الملوثة بالملوثات غير العضوية [ 18 ، 19]. يُذكر أن العلاج الكيميائي اكتسب شعبية بسبب معدل نجاحه المرتفع ، ولكن قد يكون مكلفًا عندما يرغب شخص ما في معالجة مساحة كبيرة [14]. في المقابل ، تم قبول المعالجة البيولوجية أو المعالجة الحيوية للتربة الملوثة بالزرنيخ العضوي أو غير العضوي الموجود في مبيدات الآفات والهيدروكربونات على نطاق واسع في بعض الأماكن [14]. على الرغم من أن المعالجة الحيوية تعاني من العديد من القيود ، فقد اكتسبت هذه الأساليب اهتمامًا بمعالجة التربة الملوثة بالمعادن (الفراغ) نظرًا لفعاليتها من حيث التكلفة [14]. في الأساس ، يمكن تقسيم تقنية المعالجة الحيوية إلى فئات فرعية: المعالجة البيولوجية الجوهرية والمعالجة البيولوجية المهندسة [14]. يشار إلى المعالجة الحيوية الجوهرية عمومًا على أنها تحلل الزرنيخ عن طريق الكائنات الحية الدقيقة التي تحدث بشكل طبيعي دون تدخل الإنسان ، وهذه الطريقة أكثر ملاءمة لمعالجة التربة ذات المستوى المنخفض من الملوثات [14]. غالبًا ما تعتمد المعالجة البيولوجية المهندسة على تدخل الإنسان لتحسين الظروف البيئية لتعزيز انتشار ونشاط الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في تلك المنطقة. نتيجة لذلك ، فإن استخدام طريقة المعالجة الحيوية الهندسية أكثر ملاءمة في المنطقة شديدة التلوث [14].

يمكن تقسيم آلية إزالة السموم من الزرنيخ إلى أربعة والتي تعرف باسم امتصاص As (V) على شكل زرنيخ بواسطة ناقلات الفوسفات ، وامتصاص As (III) على شكل زرنيخ بواسطة aquaglyceroporins ، واختزال As (V) إلى As ( III) بواسطة اختزال الزرنيخ ، وبثق أو حبس As (III) [57]. ثبت أن AQPs تسهل انتشار الزرنيخ [53 ، 54]. تم توضيح الأكسدة الميكروبية لـ As في أحواض Altiplano (الأنهار في شمال تشيلي) بواسطة Leiva et al. [20]. إن أكسدة As (As (III) إلى As (V)) هي تحول حاسم [58] لأنها تفضل تثبيت As في المرحلة الصلبة. كما تم أكسدة (III) بشكل نشط بواسطة اتحاد ميكروبي ، مما أدى إلى انخفاض كبير في تركيزات الذائبة على شكل زيادة مقابلة في تركيز الرواسب في اتجاه مجرى المصدر الحراري المائي. أظهرت تجارب الأكسدة في الموقع أن أكسدة As تتطلب نشاطًا بيولوجيًا ، وقد أكد التحليل الجزيئي الميكروبيولوجي وجود مجموعات (III) المؤكسدة (جينات aro A) في النظام. بالإضافة إلى ذلك ، تشير قياسات الأس الهيدروجيني وتحليل الطور الصلب بقوة إلى أن آلية الإزالة يجب أن تتضمن الامتزاز أو الترسيب المشترك مع Fe-أوكسي هيدروكسيدات. مجتمعة ، أشارت هذه النتائج إلى أن الأكسدة التي تتوسطها الكائنات الحية الدقيقة ساهمت في توهين تركيزات As وتثبيت As في المرحلة الصلبة ، وبالتالي التحكم في كمية As المنقول في اتجاه مجرى النهر [20]. نظرًا لأن معظم حالات التسمم بالزرنيخ ناتجة عن استهلاك المياه الملوثة بالزرنيخ ، فإن عملية تنظيف أو تقليل تركيز الزرنيخ في الماء تصبح مهمة جدًا. تنقسم الطرق المستخدمة في تقليل مستويات الزرنيخ في الماء بشكل أساسي إلى (1) طرق فيزيائية كيميائية ، والتي تشمل الترشيح أو التخثر ، الترسيب ، التناضح أو التحلل الكهربائي ، الامتزاز ، والترسبات الكيميائية و (2) الطرق البيولوجية مثل المعالجة بالنباتات باستخدام النباتات المائية أو إزالة السموم الميكروبية من الزرنيخ [14].

بشكل عام ، يتم استخدام طريقتين بشكل أساسي في طريقة المعالجة النباتية. الأسلوب الأول يستخدم "نباتات حرة الطفو مثل صفير الماء" التي يمكن أن تمتص المعادن (الفراغ) وستتم إزالة النباتات من البركة بمجرد تحقيق حالة التوازن [14]. يستخدم النهج الثاني النباتات المائية الجذور (أي ، اجروستيس ص. ، Pteris vittata ، Pteris cretica ، وغيرها) لإزالة الزرنيخ من مرشحات السرير ومن الماء [14 ، 21-23]. يانغ وآخرون. [23] ذكر أن إضافة البكتيريا التي تقلل الزرنيخ ستعزز نمو P. vittata في التربة. عمليتان مهمتان في إزالة الزرنيخ من الماء بواسطة الكائنات الحية الدقيقة هما الامتصاص الحيوي والميثيل الحيوي [14]. يقال أن الميثيل الحيوي (بواسطة As (III) س-adenosylmethionine methyltransferase) هي عملية بيولوجية موثوقة لإزالة الزرنيخ من الوسط المائي [14].

في الآونة الأخيرة ، الزرنيخ (As (III)) س- تم إدخال جين أدينوسيل ميثيونين ميثيل ترانسفيراز (ArsM) في كروموسوم Pseudomonas putida KT2440 للمعالجة الحيوية المحتملة للزرنيخ البيئي [59]. الهيكل الأول لـ As (III) ستم وصف-أدينوسيل ميثيونين ميثيل ترانسفيراز بواسطة التصوير البلوري بالأشعة السينية بواسطة [60]. في هذا الإنزيم ، توجد ثلاث بقايا سيستين محفوظة في المواضع 72 و 174 و 224 في تقويم العظام CmArsM من الطحالب حقيقية النواة المحبة للحرارة سيانيديوشيزون ص. 5508 [61]. استبدال أي من الثلاثة أدى إلى فقدان As (III) methylation [61]. العلاقة بين الزرنيخ و س-مواقع ربط الأدينوزيل ميثيونين بالقرار النهائي لـ

1.6 Å.نظرًا لأن الارتباط (III) يسبب تغييرًا طفيفًا في التشكل ، لكن ارتباط SAM يعيد توجيه اللولب α4 وحلقة (المخلفات 49-80) باتجاه مجال الربط As (III) ، ووضع مجموعة الميثيل ليتم نقلها إلى المعدن [60].

5. الكائنات الدقيقة المقاومة للزرنيخ

أظهرت الدراسات التي أجريت على نمو البكتيريا بنسب عالية من الزرنيخ والفوسفور أنه يمكن تحمل تركيزات الزرنيخ العالية نسبيًا ويمكن أن تشارك في الوظائف الحيوية في الخلية [62]. الوتدية الجلوتاميك ينجو من إجهاد الزرنيخ بفئتين مختلفتين من اختزال الزرنيخ. Cg-ArsC1 و Cg-ArsC2 هما إنزيمات أحادية السيستين أحادية السيستين مقترنة بمسار الأكسدة والاختزال الفطري mycothiol / mycoredoxin باستخدام آلية ترانسفيول mycothiol ، بينما Cg-ArsC1 'عبارة عن ثلاثة سيستين تحتوي على homodimer تستخدم آلية اختزال مرتبطة بمسار thioredoxin [63]. إن وجود الزرنيخ والزرنيخ الذي يحدث بشكل طبيعي في بيئة المياه والتربة والذي يمكن أن يدخل الخلايا عن طريق نظام نقل الفوسفات قد أعطى ضغطًا على الكائنات الحية الدقيقة للحفاظ على أنظمة إزالة السموم من الزرنيخ لأغراض البقاء على قيد الحياة. أحد أكثر أشكال مقاومة الزرنيخ شيوعًا في الكائنات الحية الدقيقة هو عوامل إزالة السموم ، والتي يتم ترميزها في الجينوم أو البلازميدات [64].

تتكون معظم عوامل إزالة السموم من ثلاثة جينات ، والتي تُعرف باسم arsC (اختزال الزرنيخ إلى الزرنيخ) ، arsR (القامع النسخي) ، و arsB (يمكن أيضًا أن تكون وحدة فرعية من ArsAB As (III) -translocating ATPase ، مضخة تدفق يحركها ATP) [3 ، 53 ، 64]. علاوة على ذلك ، تحتوي بعض عوامل إزالة السموم أيضًا على جينين إضافيين (arsD-metallochaperone و arsA-ATPase) [3 ، 64]. يربط ArsD metallochaperone العصاري الخلوي As (III) وينقله إلى الوحدة الفرعية ArsA لمضخة التدفق [53]. في العملية العادية ، سيتم تقليل الزرنيخ الذي يدخل الخلية إلى زرنيخ بواسطة ArsC الجين قبل أن يتم نقله خارج الخلية بواسطة ArsB الجين [10 ، 64]. نتيجة لذلك ، سيتم إدخال شكل أكثر سمية من الزرنيخ في البيئة. في دراسة أخرى ، Villegas-Torres et al. [65] أشار إلى أن قدرة مقاومة الزرنيخ في Bacillus sphaericus يمكن أن يكون راجعا إلى وجود arsC الجين ، والذي يمكن نقله أفقيًا بين الكائنات الحية الدقيقة المعزولة من التربة الملوثة بالزيت الكولومبي التي تحتوي على مستويات عالية من الزرنيخ.

يتم الاختزال الآخر للزرنيخ إلى الزرنيخ بواسطة الكائنات الحية الدقيقة عن طريق آلية الاختزال التبادلية التي يمكن إجراؤها في اللاهوائية الاختيارية أو الحالة اللاهوائية الصارمة مع عمل الزرنيخ كمستقبل نهائي للإلكترون [24]. هذه الكائنات الحية الدقيقة لديها القدرة على أكسدة المواد غير العضوية (الكبريتيد والهيدروجين) والعضوية (على سبيل المثال ، الفورمات ، والعطريات ، وخلات اللاكتاز) كمانح للإلكترون مما يؤدي إلى إنتاج الزرنيخ ، وعادة ما يطلق عليها اسم بدائيات النوى المشتتة للزرنيخ ( DARPs) [4].

تُعرف عائلتان أخريان من اختزال الزرنيخ باسم thioredoxin (Trx) clade و Arr2p arsenate reductase. يُذكر أن Trx clade مرتبط بـ arsC جين اختزال الزرنيخات بينما يرتبط Arr2p بفئة مختلفة من البروتينات الأكبر حجمًا من فوسفاتيز التيروزين [66]. زارغار وآخرون [67] ذكرت ذلك ArxA (أوكسيديز الزرنيخ) الموجودة في الإنزيمات Alkalilimnicola ehrlichii يمكن أن تقترن سلالة MLHE-1 (بكتيريا chemoliautotroph) بأكسدة الزرنيخ وكذلك تقليل النترات. أنواع مختلفة من البكتيريا لها القدرة على مقاومة الزرنيخ Rhodococcus ، مفصليات ، Acinetobacter ، Agrobacterium ، Staphylococcus ، Escherichia coli ، Thiobacillus ، Achromobacter ، Alcaligene ، Pseudomonas ، Microbacterium oxydans ، Ochrobactrum anthropi ، Cupriavidus ، Desulfobacteracter، وهو من البكتيريا التي تقلل الزرنيخ Flavobacterium-Cytophaga مجموعة، Scopulariopsis koningii ، Fomitopsis pinicola ، Penicillium gladioli ، Fusarium oxysporum meloni ، Fucus gardneri ، Bosea ص. ، بكتيريا ص. ، Polyphysa peniculus ، Methanobacterium ، Bradyrhizobium ، Rhodobium ، Sinorhizobium ، و المطثية [13, 21, 53, 68–71].

لياو وآخرون [69] ذكرت أن 11 سلالة بكتيرية تقلل من الزرنيخ من سبعة أجناس مختلفة (أي ، Pseudomonas ، Psychrobacter ، Citrobacter ، Bacillus ، Bosea ، Vibrio ، و المعوية) من عينات المياه الجوفية البيئية التي تم جمعها من البئر AG1 في مقاطعة يونلين الجنوبية ، غرب وسط تايوان. في Liao et al. [69] في التقرير ، أشاروا إلى أن المجتمع المتنوع من الكائنات الحية الدقيقة له تأثير كبير في التحول الأحيائي للزرنيخ الموجود في طبقة المياه الجوفية ، وأن هذه المجتمعات من البكتيريا تتكيف جيدًا مع تركيزات الزرنيخ العالية الموجودة في الماء. في دراسة أخرى ، Mumford et al. [72] ذكرت ذلك Alkaliphilus oremlandii والبكتيريا التي تقلل من الحديد مثل Geobacter كانت الأنواع موجودة في المياه الجوفية الغنية بالزرنيخ تحت موقع خاص بالموقع (C6) في كروسويكس كريك ، نيو جيرسي. البكتيريا الأخرى التي لها القدرة على اختزال الزرنيخ إلى الزرنيخ هي سولفوروسبيريلوم بارنيسي و سولفوروسبيريلوم أرسينوفيلوم من ε- البكتيريا وكذلك Pyrobaculum arsenaticum من أجل Thermoproteales و الكريسوجين أرسيناتيس [4 ، 10 ، 73 ، 74]. أفكار [10] ذكرت أن اختزال الزرنيخ إلى الزرنيخ بنسبة S. barnesii السلالة SeS-3 مرتبطة بالخلية الغشائية حيث يتم ترميز آلية المقاومة هذه بواسطة أوبرون واحد يتكون من مثبط للزرنيخ يحفز أيون. إلى جانب ذلك ، أشارت أفكار [10] أيضًا إلى ذلك S. barnesii خفضت سلالة SeS-3 الزرنيخ إلى الزرنيخ تحت ظروف لاهوائية باستخدام الزرنيخ كمستقبلات نهائية للإلكترون بينما اللاكتات كمصدر للكربون.

في دراسة أخرى ، يوسف وآخرون. [75] ذكرت أن كليهما النيسرية الغشاء المخاطي و رهنيلا أكواتيليس قادرة على تقليل الزرنيخات والسيلينات. في دراستهم ، كلاهما N. الغشاء المخاطي و R. أكواتيليس نمت في وسط pH محايد (pH 7) يحتوي على خمسة ملي مولار زرنيخات الصوديوم حيث يعمل لاكتات الصوديوم كمتبرع للإلكترون بينما N. الغشاء المخاطي و R. أكواتيليس تعمل ككائنات متقبل للإلكترون. على الرغم من كلاهما N. الغشاء المخاطي و R. أكواتيليس السلالات التي تمت دراستها قادرة على النمو عند متوسط ​​درجة حموضة أعلى (pH10) ، انخفض معدل نموها بشكل كبير (انخفاض بنسبة 43 ٪ في N. الغشاء المخاطي و 67.2٪ في R. أكواتيليس) وقد لوحظ [75]. وفي الوقت نفسه ، الجراثيم الأثرية سلفولوبوس أسيدوكالداريوس سلالة قبل الميلاد ، Alcaligenes faecalis ، طحالب Shewanella, βسلالة البكتيريا البروتينية UPLAs1 ، Alcaligenes faecalis, Comamonas terrae ص. نوفمبر ، بعض البكتيريا غيرية التغذية (Herminiimonas arsenicoxydans) ، والبكتيريا المغذية الكيميائية لديها القدرة على أكسدة الزرنيخ إلى زرنيخ أقل سمية [4 ، 14 ، 25-28]. في هذه الحالة ، غالبًا ما يعمل الزرنيخ كمانح للإلكترون لتقليل النترات أو الأكسجين الذي سينتج الطاقة من أجل إصلاح ثاني أكسيد الكربون [26]. جينان aox و aoxB ترميز أوكسيديز الزرنيخ لعب دورًا أساسيًا في أكسدة الزرنيخ إلى الزرنيخ [27]. إدخال mini-Tn5 :: lacZ2 ينقول في aox أو aoxB سيتوقف الجين عن عملية أكسدة الزرنيخ [27].

في مراجعة أخرى بواسطة Silver and Phung [12] ، أشاروا إلى أن كليهما asoA و asoB الجينات التي تم ترميزها لموليبدوبترين الكبيرة المحتوية على الموليبدوبترين والصغيرة Rieske (2Fe-2S) تجمع الوحدة الفرعية لأكسدة الزرنيخ في Alcaligenes faecalis. حددوا أن المنبع من asoB تتكون من 15 جينًا بينما المصب asoA تتكون من ستة جينات ، والتي تشارك في مقاومة الزرنيخ والأيض [12]. إلى جانب البكتيريا ، هناك أنواع معينة من الطحالب مثل فوقس غاردنري و شلوريلا فولغاريس من المعروف أيضًا أن لديها القدرة على تراكم الزرنيخ [76 ، 77].

يوضح الجدول 1 مزايا وعيوب الطرق الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لإزالة مركبات الزرنيخ. تعرض الطريقة الفيزيائية الخيار الأبسط ، لكنها كانت مقصورة على العمليات الصغيرة. اكتسبت الطريقة الكيميائية شعبية بسبب معدل نجاحها العالي ، ومع ذلك ، يمكن أن تتعرض منطقة المعالجة لأنواع أخرى من الملوثات الكيميائية. قد يكون استخدام الأساليب البيولوجية والمعالجة النباتية أكثر الطرق العملية لمنطقة صغيرة ولكن يلزم إجراء المزيد من الأبحاث خاصة في الميثيلين والاختزال والأكسدة باستخدام الكائنات الحية الدقيقة للحصول على طريقة أكثر فعالية لإزالة مركب الزرنيخ حيث أن لديهم إمكانات عالية التطبيق في المستقبل.

في السابق ، تم استخدام أجهزة الاستشعار الحيوية البكتيرية (خلية كاملة) للكشف عن الزرنيخ غير العضوي [78]. تمت دراسة تقنية المستشعر الحيوي على نطاق واسع باستخدام قياس الجهد وقياس التيار وقياس الموصلية [79-81]. تم إجراء عدد قليل فقط من الدراسات على أساس قياس السعة [82] خاصة باستخدام الحمض النووي والأجسام المضادة [83 ، 84]. في السابق ، تم إدخال جهاز استشعار سعوي باستخدام الإنزيم للكشف عن السموم [82]. تم الإبلاغ عن جهاز استشعار حيوي انتقائي لميثيل الزرنيخ العضوي ثلاثي التكافؤ وزرنيخ الفينيل على الزرنيخ غير العضوي بواسطة Chen et al. [78] والتي قد تكون مفيدة للكشف عن تدهور مبيدات الأعشاب المحتوية على الزرنيخ ومحفزات النمو. كما تم الإبلاغ عن جهاز استشعار حيوي لرنين الطحين السطحي لدراسة الزرنيخ ثلاثي التكافؤ بواسطة Liu et al. [85]. يشير هذا المستشعر الحيوي إلى أن المستشعرات المغلفة بالجسيمات النانوية ثلاثية الأبعاد بالهيدروجيل أظهرت حساسية أعلى من تلك الموجودة في المستشعرات المزخرفة AuNPs ثنائية الأبعاد. وقد تبين أن ربط As (III) بـ ArsA قد سهل بشكل كبير وجود أيون المغنيسيوم و ATP. بالنسبة للأبحاث المستقبلية ، جهاز الاستشعار الحيوي الذي يعتمد على قياس السعة باستخدام الإنزيمات [82] مثل (III) سلا يزال من المثير للاهتمام استكشاف-أدينوسيل ميثيونين ميثيل ترانسفيراز للكشف عن الزرنيخ.

6. الخلاصة

الزرنيخ هو فلز يسبب ضررا للإنسان والبيئات. ومع ذلك ، فإن أنواعًا معينة من بدائيات النوى لديها القدرة على استخدام الزرنيخ إما من خلال عملية الأكسدة أو الاختزال لأغراض الحفاظ على الطاقة والنمو. من المهم إزالة هذا الملوث من البيئة وتقليله من خلال مناهج مختلفة مثل الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. يمكن أن يكون استخدام المعالجة البيولوجية لإزالة وتعبئة الزرنيخ من التربة الملوثة وطبقات المياه الجوفية وسيلة فعالة واقتصادية حيث تم العثور على مجموعة واسعة من الكائنات الحية الدقيقة التي تعمل بنجاح على تدهور هذا الملوث من البيئة.

تضارب المصالح

يعلن المؤلفون أنه لا يوجد تضارب في المصالح فيما يتعلق بنشر هذه الورقة.

مراجع

  1. A.L.S Duarte ، S. J. A. Cardoso ، and A.J Alcada ، "التقنيات الناشئة والمبتكرة لإزالة الزرنيخ المطبقة على نظام صغير لإمداد المياه ،" الاستدامة، المجلد. 1، pp.1288–1304، 2009. View at: Google Scholar
  2. B. K. Mandal و K. T. Suzuki ، "الزرنيخ حول العالم: مراجعة" ، تالانتا، المجلد. 58 ، لا. 1، pp. 201–235، 2002. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  3. ب. روزين ، "عائلات ناقلات الزرنيخ ،" الاتجاهات في علم الأحياء الدقيقة، المجلد. 7 ، لا. 5، pp.207–212، 1999. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  4. آر إس أوريملاند وجيه إف ستولز ، "الزرنيخ والميكروبات وخزانات المياه الجوفية الملوثة" الاتجاهات في علم الأحياء الدقيقة، المجلد. 13 ، لا. 2 ، ص 45-49 ، 2005. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  5. جي جي ساندرز ، "دورة الزرنيخ في النظم البحرية ،" بحوث البيئة البحرية، المجلد. 3 ، لا. 4، pp.257–266، 1980. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  6. S. M. Tareq ، S. Safiullah ، H. M. Anawar ، M. M. Rahman ، and T. Ishizuka ، "التلوث بالزرنيخ في المياه الجوفية: عملية جيوكيميائية معقدة ذاتية التنظيم في البيئة الرسوبية الدلتا ، بنغلاديش ،" علم البيئة الكلية، المجلد. 313 ، لا. 1 & # x20133 ، ص 213 - 226 ، 2003. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  7. زوبريست ، بي آر دودل ، جيه إيه ديفيس ، آر إس أورملاند ، "تقليل الزرنيخات الميكروبية مقابل امتصاص الزرنيخ: تجارب مع معلقات فيريهيدريت ،" مجلة التعدين أ، المجلد. 62، pp.1707–1708، 1998. View at: Google Scholar
  8. R. A. Root ، D. Vlassopoulos ، N.A Rivera ، M. T.Rafferty ، C. Andrews ، and P. A. O & # x27Day ، "الانتواع والتخفيف الطبيعي للزرنيخ والحديد في طبقة المياه الجوفية الضحلة المتأثرة بالمد والجزر ،" Geochimica et Cosmochimica Acta، المجلد. 73 ، لا. 19، pp. 5528–5553، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  9. S. L. Saalfield و B. C. Geochimica et Cosmochimica Acta، المجلد. 74 ، لا. 18 ، ص 5171-5186 ، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  10. افكار ، توطين اختزال الزرنيخ في سولفوروسبيريلوم بارنيسي سلالة SeS-3 " المجلة الأمريكية للزراعة والعلوم البيولوجية، المجلد. 7 ، ص 97-105 ، 2012. عرض على: الباحث العلمي من Google
  11. J.F. Artiola، D. Zabcik، and S.H Johnson، "المعالجة في الموقع للتربة الملوثة بالزرنيخ من موقع صناعي خطير: الدراسات المختبرية ،" إدارة المخلفات، المجلد. 10 ، لا. 1، pp.73–78، 1990. View at: Google Scholar
  12. S. Silver و L. T. Phung ، "الجينات والإنزيمات المشاركة في الأكسدة البكتيرية وتقليل الزرنيخ غير العضوي ،" علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والبيئي، المجلد. 71 ، لا. 2، pp.599–608، 2005. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  13. C. Cervantes و G. Ji و J.L Ram & # xedrez و S. Silver ، "مقاومة مركبات الزرنيخ في الكائنات الحية الدقيقة ،" مراجعات علم الأحياء الدقيقة FEMS، المجلد. 15 ، لا. 4، pp.355–367، 1994. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  14. S. Mahimairaja ، N. S. Bolan ، D. C. Adriano ، و B. Robinson ، "التلوث بالزرنيخ وإدارة مخاطره في البيئات البيئية المعقدة ،" التقدم في الهندسة الزراعية، المجلد. 86 ، الصفحات من 1 إلى 82 ، 2005. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  15. C. Sullivan و M. Tyrer و C.R Cheeseman و N.J D. Graham ، "التخلص من نفايات معالجة المياه المحتوية على الزرنيخ & # x2014a review" علم البيئة الكلية، المجلد. 408 ، لا. 8، pp. 1770–1778، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  16. O. Atteia، E.DC Estrada، and H. Bertin، “Soil flushing: a review of the Origin of Quality variability،” مراجعة البيئة والعلوم والتكنولوجيا الحيوية، المجلد. 12 ، ص 379-389 ، 2013. عرض على: الباحث العلمي من Google
  17. M. Kom & # xe1rek و A. Van & # x11bk و V. Ettler ، "التثبيت الكيميائي للمعادن والزرنيخ في التربة الملوثة باستخدام الأكاسيد ،" التلوث البيئي، المجلد. 172 ، ص 9-22 ، 2013. عرض على: الباحث العلمي من Google
  18. N.C. Mueller و B. Nowack ، "الجسيمات النانوية للمعالجة: حل المشكلات الكبيرة باستخدام جزيئات صغيرة ،" عناصر، المجلد. 6 ، لا. 6 ، ص 395-400 ، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  19. K.-R. كيم ، ب. لي ، و K.-W. كيم ، "تثبيت الزرنيخ في مخلفات المناجم باستخدام أكسيد الحديد الأسود بحجم النانو وحديد التكافؤ الصفري مع تعزيز التنقل عن طريق طلاء السطح ،" مجلة الاستكشاف الجيوكيميائي، المجلد. 113 ، ص 124 - 129 ، 2012. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  20. E. D. Leiva، C. D. P.R & # xe1mila، I. T. علم البيئة الكلية، المجلد. 466-467 ، ص 490-502 ، 2014. عرض على: الباحث العلمي من Google
  21. إي كيه بورتر وبي جيه بيترسون ، "تراكم الزرنيخ بواسطة النباتات على نفايات المناجم (المملكة المتحدة) ،" علم البيئة الكلية، المجلد. 4 ، لا. 4، pp.365–371، 1975. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  22. إم آي سيلفا غونزاغا ، وجيه إيه غونزاغا سانتوس ، وإل كيو ما ، "استخراج نبات الزرنيخ والتراكم المفرط بواسطة أنواع السرخس ،" ساينتيا اجريكولا، المجلد. 63 ، لا. 1، pp. 90–101، 2006. View at: Google Scholar
  23. Q. Yang و S. Tu و G. Wang و X. Liao و X. Yan ، "فعالية تطبيق البكتيريا التي تقلل الزرنيخ لتعزيز إزالة الزرنيخ من التربة الملوثة بواسطة Pteris vittata L ،" المجلة الدولية للعلاج بالنباتات، المجلد. 14 ، لا. 1 ، ص 89-99 ، 2012. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  24. J. Xiong و W. Wang و H. Fan و L. Cai و G. Wang ، "البكتيريا المقاومة للزرنيخ في نفايات التعدين من منجم Shangrao للفحم في الصين ،" علوم وتكنولوجيا البيئة، المجلد. 1، pp.535-540، 2006. View at: Google Scholar
  25. H. M. Sehlin و E.B Lindstrom ، "الأكسدة والاختزال من الزرنيخ بواسطة سلفولوبوس أسيدوكالداريوس سلالة قبل الميلاد ، " رسائل علم الأحياء الدقيقة FEMS، المجلد. 93 ، لا. 1، pp.87–92، 1992. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  26. D. Li & # xe8vremont ، و P. N. Bertin ، و M.-C. Lett ، "الزرنيخ في المياه الملوثة: الدورة الكيميائية الجيولوجية الحيوية ، الأيض الميكروبي وعمليات المعالجة الحيوية ،" بيوكيمي، المجلد. 91 ، لا. 10، pp. 1229–1237، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  27. D. مولر ، D. Li & # xe8vremont ، D. D. Simeonova ، J.-C. Hubert ، و M.-C. Lett ، “جينات ارسينيت أوكسيديز aox من معدن مقاوم & # x3b2-بروتيوبكتيريوم ، " مجلة علم الجراثيم، المجلد. 185 ، لا. 1، pp. 135–141، 2003. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  28. K. Chitpirom، S. Tanasupawat، A. Akaracharanya et al.، “Comamonas terrae sp. نوفمبر ، بكتيريا مؤكسدة للزرنيخ معزولة عن التربة الزراعية في تايلاند ، " مجلة علم الأحياء الدقيقة العامة والتطبيقية، المجلد. 58 ، الصفحات من 245 إلى 251 ، 2012. عرض على: الباحث العلمي من Google
  29. جيه إيه ريتشي ، "الزرنيخ والأنتيمون في المياه الحرارية لنيوزيلندا ،" مجلة نيوزيلندا للعلوم، المجلد. 4، pp.218–229، 1961. View at: Google Scholar
  30. ناكاهارا ، إم يانوكورا ، وإي.موراكامي ، "التأثيرات البيئية لمياه الصرف الجوفية الحرارية على نظام النهر القريب ،" مجلة الكيمياء التحليلية، المجلد. 45 ، لا. 1، pp.25–36، 1978. عرض على: الباحث العلمي من Google
  31. M. Kato، M. Y. Kumasaka، S. Ohnuma et al. ، "مقارنة بين تركيزات الباريوم والزرنيخ في مياه شرب الآبار وفي عينات جسم الإنسان ونظام معالجة جديد لهذه العناصر في مياه الشرب جيدًا ،" بلوس واحد، المجلد. 8 ، الصفحات من 1 إلى 6 ، 2013. عرض على: الباحث العلمي من Google
  32. E.D Burton ، S.G Johnston ، and B. Planer-Freidrich ، "اقتران تنقل الزرنيخ بتحولات الكبريت أثناء تقليل الكبريتات الميكروبية في وجود وغياب حمض الهيوميك ،" الجيولوجيا الكيميائية، المجلد. 343 ، الصفحات 12-24 ، 2013. عرض على: الباحث العلمي من Google
  33. Sahachiro Hata ، "أول دواء معجزة في العالم لعلاج مرض الزهري ،" The World & # x2019s Greatest Japanese ، 2008 ، http://www.japanese-greatest.com/biology-medicine/sahachiro-hata.html. عرض على: الباحث العلمي من Google
  34. راتنايكي ، "السمية الحادة والمزمنة للزرنيخ ،" المجلة الطبية للدراسات العليا، المجلد. 79 ، لا. 933 ، ص 391-396 ، 2003. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  35. O. Spiegelstein ، A. Gould ، B. Wlodarczyk et al. ، "العواقب التنموية للتعرض لزرنيخات الصوديوم في الرحم في الفئران التي تعاني من نقص في نقل الفولات ،" علم السموم وعلم الأدوية التطبيقي، المجلد. 203 ، لا. 1، pp. 18–26، 2005. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  36. كروفورد ، جي تي كوثرين ، دي إي سوهان ، وجي آر سوباك ، "تاريخ الإيدز في حصاد القطن" في إدارة محصول القطن: استخدام وتأثير مساعدات الحصاد، J.R Supak and C.E.Snipes، Eds.، pp. 1–19، The Cotton Foundation، Cordova Memphis، Tenn، USA، 2001. View at: Google Scholar
  37. ب. جاكسون وبي إم بيرتش ، "تحديد أنواع الزرنيخ في نفايات الدواجن بواسطة IC-ICP-MS ،" علوم وتكنولوجيا البيئة، المجلد. 35 ، لا. 24 ، ص 4868-4873 ، 2001. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  38. إن إي كيون ، سي إتش شوارتز ، دي جي براباندر ، سي هارفي ، وإتش إف هيموند ، "التحقق من طريقة الاستخراج المتسلسل للزرنيخ لتقييم التنقل في الرواسب ،" علوم وتكنولوجيا البيئة، المجلد. 35 ، لا. 13 ، ص 2778-2784 ، 2001. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  39. O. Mondal و S. Bhowmick و D. Chatterjee و A. Figoli و B. V. der Bruggen ، "معالجة الزرنيخ غير العضوي في المياه الجوفية من أجل إمدادات المياه الآمنة: تقييم نقدي للحلول التكنولوجية ،" الغلاف الكيميائي، المجلد. 92، pp. 157–170، 2013. View at: Google Scholar
  40. C.-H. تسنغ ، "مرض بلاكفوت والزرنيخ: قصة لا تنتهي ،" مجلة العلوم البيئية والصحة ج، المجلد. 23 ، لا. 1، pp. 55–74، 2005. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  41. أ. هادي ور. بارفين ، "داء الزرنيخ في بنغلاديش: الانتشار والارتباطات الاجتماعية والاقتصادية ،" الصحة العامة، المجلد. 118 ، لا. 8 ، ص 559-564 ، 2004. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  42. N.K Mandal و R. Biswas ، "دراسة عن مرض الجلدي الزرنيخي في المجتمع الريفي في ولاية البنغال الغربية ،" المجلة الهندية للصحة العامة، المجلد. 48 ، لا. 1 ، ص 30 - 33 ، 2004. عرض على: الباحث العلمي من Google
  43. S.-N. لو ، ن. تشاو ، دبليو- سي. Wu et al. ، "خصائص سرطان الخلايا الكبدية في منطقة عالية الزرنيخ في تايوان: دراسة حالة وشواهد ،" مجلة الطب المهني والبيئي، المجلد. 46 ، لا. 5 ، ص 437-441 ، 2004. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  44. جيه هي ول.شارليت ، "مراجعة لوجود الزرنيخ في مياه الشرب في الصين ،" مجلة الهيدرولوجيا، المجلد. 492 ، ص 79-88 ، 2013. عرض على: الباحث العلمي من Google
  45. نيكسون ، ج. ماك آرثر ، دبليو بورجيس ، ك.ماتين أحمد ، ب. طبيعة سجية، المجلد. 395 ، لا. 6700 ، ص. 338، 1998. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  46. J.K Thakur ، و R.K Thakur ، و A.L Ramanathan ، و M. Kumar ، و S. K. Singh ، "التلوث بالزرنيخ للمياه الجوفية في نيبال - نظرة عامة ،" ماء، المجلد. 3 ، الصفحات من 1 إلى 20 ، 2011. عرض على: الباحث العلمي من Google
  47. السيدة. لاي ، Y.-M. Hsueh، C.-J. Chen et al. ، "تناول الزرنيخ غير العضوي وانتشار داء السكري" المجلة الأمريكية لعلم الأوبئة، المجلد. 139 ، لا. 5 ، ص 484-492 ، 1994. عرض على: الباحث العلمي من Google
  48. إي إيه مول ، إتش أحسان ، جيه إدواردز ، إم بي لونجنيكر ، إيه نافاس-أسين ، وجي بي ، "تقييم الارتباط بين الزرنيخ والسكري: مراجعة ورشة عمل برنامج علم السموم الوطني ،" منظورات الصحة البيئية، المجلد. 120، pp.1658–1670، 2012. View at: Google Scholar
  49. مورجانو ، L. مراقبة الغذاء، المجلد. 36 ، ص 24 - 29 ، 2014. عرض على: الباحث العلمي من Google
  50. R. Y. Li ، J.L Stroud ، J.F Ma ، S. P. Mcgrath ، and F. J. Zhao ، "التخفيف من تراكم الزرنيخ في الأرز باستخدام إدارة المياه والتخصيب بالسيليكون ،" علوم وتكنولوجيا البيئة، المجلد. 43 ، لا. 10، pp.378–3783، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  51. ساهو وكيم كيم ، "مراجعة لتركيز الزرنيخ في الأرز من منظور علم الأرض ،" مجلة علوم الأرض، المجلد. 17، pp.107–122، 2013. View at: Google Scholar
  52. M. Rodr & # xedguez-Barranco، M. Lacasa & # xf1a، C. Aguilar-Gardu & # xf1o et al. ، "ارتباط التعرض للزرنيخ والكادميوم والمنغنيز مع اضطرابات النمو العصبي والسلوكية لدى الأطفال: مراجعة منهجية وتحليل تلوي ، " علم البيئة الكلية، المجلد. 454 ، ص 562-577 ، 2013. عرض على: الباحث العلمي من Google
  53. H. C. Yang ، و H. L. Fu ، و Y. F. Lin ، و B. P. Rosen ، "مسارات امتصاص الزرنيخ وتدفقه ،" الموضوعات الحالية في الأغشية، المجلد. 69 ، ص 325 - 358 ، 2012. عرض على: الباحث العلمي من Google
  54. B. Rosen and M. J. Tam & # xe1s ، "نقل الزرنيخ في بدائيات النوى والميكروبات حقيقية النواة ،" التقدم في الطب التجريبي وعلم الأحياء، المجلد. 679 ، ص 47-55 ، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  55. توجيه المجلس 98/83 / EC ، "جودة المياه المخصصة للاستهلاك البشري ،" الجريدة الرسمية للجماعات الأوروبية، المجلد. 330، pp.32–54، 1998. View at: Google Scholar
  56. G.A Waychunas و C. S. Kim و J.F Banfield ، "معادن أكسيد الحديد النانوي في التربة والرواسب: خصائص فريدة وآليات تنظيف الملوثات ،" مجلة أبحاث الجسيمات النانوية، المجلد. 7 ، لا. 4-5 ، الصفحات 409-433 ، 2005. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  57. بي.روزن ، "الكيمياء الحيوية لإزالة السموم من الزرنيخ ،" رسائل FEBS، المجلد. 529 ، لا. 1 ، ص 86-92 ، 2002. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  58. R. Mukhopadhyay و B. P. Rosen و L. T. Phung و S. Silver ، "الزرنيخ الميكروبي: من الدورات الجيولوجية إلى الجينات والإنزيمات ،" مراجعات علم الأحياء الدقيقة FEMS، المجلد. 26 ، لا. 3، pp 311–325، 2002. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  59. J. Chen و J. Qin و Y.G Zhu و V. de Lorenzo و B. P. Rosen ، "هندسة بكتيريا التربة pseudomonas putida لميثلة الزرنيخ ،" علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والبيئي، المجلد. 79 ، ص 4493-4495 ، 2013. عرض على: الباحث العلمي من Google
  60. A. A. Ajees ، K. Marapakala ، C. Packianathan ، B. Sankaran ، and B. P. Rosen ، "Structure of an As (III) س- أدينوسيل ميثيونين ميثيل ترانسفيراز: نظرة ثاقبة على آلية التحول الأحيائي للزرنيخ ، " الكيمياء الحيوية، المجلد. 51 ، ص 5476-5485 ، 2012. عرض على: الباحث العلمي من Google
  61. ب. روزين ، ك. ماراباكالا ، أ. عبد السلام ، سي باكياناثان ، إم يوشيناغا ، "مسارات التحولات الحيوية للزرنيخ: دورة مثيلة الزرنيخ" ، في فهم الواجهة الجيولوجية والطبية للزرنيخ، المؤتمر الدولي الرابع حول الزرنيخ في البيئة ، الصفحات 185-188 ، 2012. عرض على: الباحث العلمي من Google
  62. ب.ب. روزن ، أ.أجيس ، وت.ر.ماكديرموت ، "الحياة والموت بالزرنيخ ،" مقولات بيولوجية، المجلد. 33 ، لا. 5، pp.350–357، 2011. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  63. L.M Mateos ، B. Rosen ، و J. Messens ، "آلية الدفاع عن إجهاد الزرنيخ لـ Corynebaterium glutamicum كشف ، "في فهم الواجهة الجيولوجية والطبية للزرنيخ، المؤتمر الدولي الرابع حول الزرنيخ في البيئة ، الصفحات 209-210 ، 2012. عرض على: الباحث العلمي من Google
  64. W. Musingarimi و M. Tuffin و D. Cowan ، "توصيف جينات مقاومة الزرنيخ في عصية ص. UWC المعزولة عن تصريف مناجم الرماد المتطاير الناضج ، والمواد الصلبة المحايدة ، " مجلة جنوب افريقيا للعلوم، المجلد. 106 ، لا. 1-2 ، ص 59-63 ، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  65. إم إف فيليجاس توريس ، أو سي بيدويا رينا ، سي سالازار ، إم جيه فيفيس-فلوريز ، وجيه دوسان ، "أفقي arsC نقل الجينات بين الكائنات الحية الدقيقة المعزولة من التربة الملوثة بالزرنيخ ، " التحلل البيولوجي الدولي والتحلل البيولوجي، المجلد. 65 ، لا. 1، pp.147–152، 2011. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  66. R. Mukhopadhyay و P. R. Barry ، "اختزال الزرنيخ في بدائيات النوى وحقيقيات النوى ،" منظورات الصحة البيئية، المجلد. 10 ، لا. 5، pp.745–748، 2002. View at: Google Scholar
  67. K. Zargar ، S. Hoeft ، R. Oremland ، and C.W Saltikov ، "تحديد جين أوكسيديز الزرنيخ الجديد ، أركسا، في البكتريا المؤكسدة للزرنيخ ، هالو ألكاليفيليك Alkalilimnicola ehrlichii سلالة MLHE-1 "، مجلة علم الجراثيم، المجلد. 192 ، لا. 14، pp.3755–3762، 2010. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  68. J.F Stolz و R. S. Oremland ، "التنفس البكتيري للزرنيخ والسيلينيوم ،" مراجعات علم الأحياء الدقيقة FEMS، المجلد. 23 ، لا. 5، pp.615–627، 1999. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  69. V. H.- سي. لياو ، Y.-J. تشو ، واي.- سي. Su et al. ، "بكتيريا مؤكسدة للزرنيخ وتحد من الزرنيخ مرتبطة بالمياه الجوفية الغنية بالزرنيخ في تايوان ،" مجلة الهيدرولوجيا الملوثة، المجلد. 123 ، لا. 1-2 ، ص 20-29 ، 2011. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  70. S. Honschopp و N. Brunken و A. Nehrkorn و H.J Breunig ، "عزل وتوصيف بكتيريا ميثلة الزرنيخ الجديدة من التربة ،" البحوث الميكروبيولوجية، المجلد. 151 ، لا. 1، pp.37–41، 1996. View at: Google Scholar
  71. P. Aksornchu و P. Prasertsan و V. Sobhon ، "عزل البكتيريا المقاومة للزرنيخ من التربة الملوثة بالزرنيخ ،" مجلة Songklanakarin للعلوم والتكنولوجيا، المجلد. 30 ، لا. 1، pp. 95-102، 2008. View at: Google Scholar
  72. A. C. Mumford ، J.L Barringer ، W.M Benzel ، P. A. Reilly ، and L. Y. Young ، "التحولات الميكروبية للزرنيخ: التعبئة من رواسب الجلوكونيت إلى الماء ،" بحوث المياه، المجلد. 46 ، لا. 9 ، ص 2859-2868 ، 2012. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  73. ر. هوبر ، إم. ساشر ، إيه. فولمان ، هـ. هوبر ، ودي روز ، "تنفس الزرنيخ والسيلينات بواسطة العتائق شديدة الحرارة ،" علم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطبيقي، المجلد. 23 ، لا. 3، pp.305–314، 2000. View at: Google Scholar
  74. R. S. Oremland و J.F Stolz ، "بيئة الزرنيخ ،" علم، المجلد. 300 ، لا. 5621 ، ص 939-944 ، 2003. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  75. ج.أ. يوسف ، س. أ. الأعصر ، محمد بريكة ، محمد الشاعر ، ج. ستولز ، "اختزال الزرنيخ والسيلينات بواسطة بعض البكتيريا الاختيارية في دلتا النيل ،" المجلة الأمريكية الأوروبية الآسيوية للزراعة والعلوم البيئية، المجلد. 5 ، ص 847-855 ، 2009. عرض على: الباحث العلمي من Google
  76. S. فوقس غاردنري,” الكيمياء العضوية المعدنية التطبيقية، المجلد. 15 ، لا. 6 ، ص 553-560 ، 2001. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  77. S. Maeda، S. Nakashima، T. Takeshita، and S. Higashi، “التراكم الحيوي للزرنيخ بواسطة طحالب المياه العذبة والتطبيق لإزالة الزرنيخ غير العضوي من الطور المائي. الجزء الثاني. بواسطة شلوريلا فولغاريس معزولة عن البيئة الملوثة بالزرنيخ ، " علوم وتكنولوجيا الفصل، المجلد. 20 ، لا. 2-3 ، ص 153 - 161 ، 1985. عرض على: الباحث العلمي من Google
  78. J. Chen و Y.G Zhu و B. P. Rosen ، "A new biosensor selective for organoarsenicals" علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والبيئي، المجلد. 78، pp.7145–7147، 2012. View at: Google Scholar
  79. نجونتاي ، دبليو جانرونجروتساكول ، ب. مانيواتانابينيو ، إس إيكجاسيت ، دبليو أيونجمايتريبيروم ، ت. أجهزة الاستشعار والمحركات ب، المجلد. 137 ، لا. 1، pp.320–326، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  80. Y. Zhou و J. Zhi ، "تطبيق أقطاب الماس المغطاة بالبورون في أجهزة الاستشعار الحيوية للقياس الكهربائي ،" تالانتا، المجلد. 79 ، لا. 5، pp. 1189–1196، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  81. Z. Gao و N. Tansil ، "جهاز استشعار حيوي للحمض النووي يعتمد على الأكسدة التحفيزية الكهربائية للأمين بواسطة قاطع لولبي ،" أناليتيكا تشيميكا أكتا، المجلد. 636 ، لا. 1، pp. 77–82، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  82. H. Wasoh ، L. Y. Heng ، F. Abu Bakar et al. ، "جهاز استشعار حيوي سعوي بسيط لقياس الهستامين ،" مراجعة جهاز الاستشعار، المجلد. 32 ، الصفحات من 245 إلى 250 ، 2012. عرض على: الباحث العلمي من Google
  83. L. Malic ، T. Veres ، M. Tabrizian ، "وظيفة الرقاقة الحيوية باستخدام الموائع الدقيقة الرقمية للترطيب الكهربائي على العازل الكهربائي للتصوير بالرنين السطحي للكشف عن تهجين الحمض النووي ،" أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية، المجلد. 24 ، لا. 7 ، ص 2218-2224 ، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  84. R. Hao ، D. Wang ، X. Zhang et al. ، “الكشف السريع عن عصيةالجمرة الخبيثة باستخدام مستشعر QCM الوظيفي لجسم مضاد أحادي النسيلة ، " أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية، المجلد. 24 ، لا. 5، pp. 1330–1335، 2009. عرض على: موقع الناشر | منحة جوجل
  85. C. Liu ، V. Balsamo ، D. Sun et al. ، "مستشعر حيوي لرنين البلازمون السطحي ثلاثي الأبعاد محلي لدراسة ارتباط الزرنيخ ثلاثي التكافؤ بقاعدة ArsA ATPase ،" أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية، المجلد. 38، pp. 19–26، 2012. View at: Google Scholar

حقوق النشر

حقوق النشر & # xA9 2014 K. T. Lim et al. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ في أي وسيط ، بشرط الاستشهاد بالعمل الأصلي بشكل صحيح.


الجزيئات العضوية والتشابه

تكون الجزيئات العضوية في الكائنات الحية بشكل عام أكبر وأكثر تعقيدًا من الجزيئات غير العضوية. ترتبط هياكلها الكربونية ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية. إنها تشكل خلايا الكائن الحي وتؤدي التفاعلات الكيميائية التي تسهل الحياة. كل هذه الجزيئات تسمى الجزيئات الحيوية لأنها جزء من مادة حية ، تحتوي على الكربون ، وهو اللبنة الأساسية للحياة. يعتبر الكربون عنصرًا فريدًا جدًا من حيث أنه يحتوي على أربعة إلكترونات تكافؤ في مداراته الخارجية ويمكنه تكوين أربعة روابط تساهمية مفردة مع ما يصل إلى أربع ذرات أخرى في نفس الوقت (انظر الملحق أ). عادة ما تكون هذه الذرات عبارة عن أكسجين ، هيدروجين ، نيتروجين ، كبريت ، فوسفور ، والكربون نفسه أبسط مركب عضوي هو الميثان ، حيث يرتبط الكربون بالهيدروجين فقط (الشكل 2).

نتيجة لمزيج الكربون الفريد من الحجم وخصائص الترابط ، يمكن لذرات الكربون أن تترابط معًا بأعداد كبيرة ، وبالتالي تنتج سلسلة أو هيكل عظمي من الكربون. يمكن أن يكون الهيكل الكربوني للجزيئات العضوية مستقيماً أو متفرعاً أو على شكل حلقة (دوري). تُبنى الجزيئات العضوية على سلاسل من ذرات الكربون بأطوال مختلفة وعادة ما تكون طويلة جدًا ، مما يسمح بوجود عدد كبير ومتنوع من المركبات. لا يوجد عنصر آخر لديه القدرة على تكوين العديد من الجزيئات المختلفة ذات الأحجام والأشكال المختلفة.

الشكل 2. يمكن لذرة الكربون أن تتحد مع ما يصل إلى أربع ذرات أخرى. أبسط جزيء عضوي هو الميثان (CH4) ، موضح هنا.

تسمى الجزيئات التي لها نفس التركيب الذري ولكن الترتيب الهيكلي المختلف للذرات نظائر. مفهوم ايزومرية مهم جدًا في الكيمياء لأن بنية الجزيء دائمًا ما ترتبط ارتباطًا مباشرًا بوظيفتها. قد تؤدي التغييرات الطفيفة في الترتيبات الهيكلية للذرات في الجزيء إلى خصائص مختلفة تمامًا. يمثل الكيميائيون الجزيئات من خلال الصيغة الهيكلية، وهو تمثيل رسومي للبنية الجزيئية ، يوضح كيفية ترتيب الذرات. تسمى المركبات التي لها صيغ جزيئية متطابقة ولكنها تختلف في تسلسل الترابط للذرات الايزومرات الهيكلية. ال الجلوكوز السكريات الأحادية,الجالاكتوز، و الفركتوز جميعها لها نفس الصيغة الجزيئية ، C6ح12ا6، ولكن يمكننا أن نرى من الشكل 3 أن الذرات مرتبطة ببعضها البعض بشكل مختلف.

الشكل 3. الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز لها نفس الصيغة الكيميائية (C6ح12ا6) ، لكن هذه الايزومرات الهيكلية تختلف في خصائصها الفيزيائية والكيميائية.

تسمى الأيزومرات التي تختلف في الترتيبات المكانية للذرات الأيزومرات الفراغية نوع فريد واحد هو المتشاهدين. اكتشف لويس في الأصل خصائص enantiomers باستير في عام 1848 أثناء استخدام المجهر لتحليل منتجات التخمير المتبلورة للنبيذ. Enantiomers هي جزيئات لها خاصية شرالية، حيث تكون هياكلها عبارة عن صور مرآة غير قابلة للتبديل لبعضها البعض. تعد Chirality خاصية مهمة في العديد من الجزيئات المهمة بيولوجيًا ، كما هو موضح من خلال أمثلة الاختلافات الهيكلية في الأشكال التماثلية للجلوكوز أحادي السكاريد أو الأحماض الأمينية ألانين (الشكل 4).

العديد من الكائنات الحية قادرة فقط على استخدام شكل تصويري واحد لأنواع معينة من الجزيئات كمواد مغذية وكلبنات بناء لتكوين هياكل داخل الخلية.بعض أشكال الأحماض الأمينية المتشابهة لها مذاق وروائح مختلفة عند تناولها كغذاء. على سبيل المثال ، L-aspartame ، المعروف باسم الأسبارتام ، طعمه حلو ، في حين أن D-aspartame لا طعم له. يمكن أن يكون للمضادات الدوائية تأثيرات دوائية مختلفة جدًا. على سبيل المثال ، يوجد methorphan المركب على هيئة اثنين من المتغيرات ، أحدهما يعمل كمضاد للسعال (ديكستروmethorphan ، مثبط للسعال) ، بينما يعمل الآخر كمسكن (ليفوmethorphan ، دواء مشابه في التأثير للكوديين).

الشكل 4. Enantiomers هي الأيزومرات الفراغية التي تظهر chirality. هياكلها الكيميائية هي صور مرآة غير قابلة للتبديل لبعضها البعض. (أ) D- الجلوكوز و L- الجلوكوز هي السكريات الأحادية التي تعتبر متناهية الصغر. (ب) إن المتماثلان D-alanine و L-alanine هما متماثلان موجودان في جدران الخلايا البكتيرية والخلايا البشرية ، على التوالي.

تسمى Enantiomers أيضًا أيزومرات بصرية لأنها تستطيع تدوير مستوى الضوء المستقطب. بعض البلورات التي لاحظها باستير من تخمير النبيذ كانت تدور حول الضوء في اتجاه عقارب الساعة بينما قام البعض الآخر بتدوير الضوء عكس اتجاه عقارب الساعة. اليوم ، نشير إلى المتشاكلات التي تقوم بتدوير الضوء المستقطب في اتجاه عقارب الساعة (+) كما د نماذج، وصورة المرآة لنفس الجزيء الذي يقوم بتدوير الضوء المستقطب عكس اتجاه عقارب الساعة (-) مثل ل شكل. ال د و ل تسميات مشتقة من الكلمات اللاتينية دكستر (على اليمين) و ليفوس (على اليسار) ، على التوالي. غالبًا ما يكون لهذين الأيزومرين البصريين المختلفين خصائص وأنشطة بيولوجية مختلفة جدًا. أنواع معينة من الفطريات والخميرة والبكتيريا مثل جذمور,يروية، و اكتوباكيللوسspp. ، على التوالي ، يمكنه فقط استقلاب نوع واحد من الأيزومر البصري ، بينما الأيزومر المعاكس غير مناسب كمصدر للمغذيات. سبب آخر مهم لإدراك الأيزومرات الضوئية هو الاستخدام العلاجي لهذه الأنواع من المواد الكيميائية للعلاج بالعقاقير ، لأن بعض الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تتأثر فقط بأيزومر بصري واحد محدد.

  • نقول أن الحياة تعتمد على الكربون. ما الذي يجعل الكربون مناسبًا جدًا ليكون جزءًا من جميع الجزيئات الكبيرة للكائنات الحية؟

7.2.2: استخدام الطرق الفيزيائية للتحكم في الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء

من إنتاج جيم ديكون
معهد الخلية والبيولوجيا الجزيئية ، جامعة إدنبرة

هذا هو واحد من 8 ملفات تعريف Biocontrol. يقدم موضوع المكافحة الحيوية ويتناول الاستخدام التجاري لبكتيريا مرض اللبني عصية popilliae لمكافحة الخنفساء اليابانية ، وهي آفة خطيرة للعشب ومحاصيل الفاكهة ونباتات الحدائق في الولايات المتحدة الأمريكية.

أنماط المكافحة الحيوية الأخرى هي:

تميل البيئات الطبيعية إلى أن تكون بيئات متوازنة ، حيث تعتمد الكائنات الحية على بعضها البعض وأيضًا تقيد بعضها البعض عن طريق التنافس على الموارد أو عن طريق التطفل والافتراس ، وما إلى ذلك. عن قصد أو عن طريق الصدفة. إن العديد من أخطر الآفات أو أمراض المحاصيل أو الحشائش الغازية هي نتيجة & quot؛ مقدمات & quot؛ من الأراضي الأجنبية. تجد الكائنات الحية التي تم إدخالها حديثًا بيئة مواتية ، خالية من قيودها السابقة ، وتتكاثر لتحقيق & quot ؛ & quot ؛ وضع & quot. علماء الحشرات لديهم مصطلح مفيد لهذا - فهم يشيرون إلى الكائنات المقيدة في منطقة المنشأ باسم & quothe الطبيعي معقد العدو & quot.

يمكننا تعريف المكافحة البيولوجية (المكافحة الحيوية) على النحو التالي:

الممارسة أو العملية التي يتم من خلالها التحكم في كائن غير مرغوب فيه عن طريق كائن حي آخر (مفيد).

بعبارة أخرى ، المكافحة الحيوية هي عملية تحدث بشكل طبيعي (يمكننا استغلالها) والاستخدام الهادف لكائن حي للسيطرة على كائن آخر.

من الناحية العملية ، يمكن تحقيق المكافحة الحيوية بثلاث طرق.

  • الإفراج الغاردي (يُطلق عليها أيضًا & quot؛ المكافحة البيولوجية الكلاسيكية & quot) حيث يتم إدخال عدو طبيعي لآفة مستهدفة أو مسببات الأمراض أو الأعشاب الضارة إلى منطقة غائبة عنها ، لإعطاء سيطرة طويلة المدى على المشكلة. مثال على ذلك هو استخدام عصية popilliae للسيطرة على الخنفساء اليابانية في الولايات المتحدة ، كما هو مبين أدناه.
  • ال نهج المبيدات الحيوية حيث يتم تطبيق عامل المكافحة الحيوية عند الاقتضاء (غالبًا بشكل متكرر) ، بنفس طريقة استخدام عامل المكافحة الكيميائية. ومن الأمثلة على ذلك استخدام Bacillus thuringiensis , Phlebiopsis gigantea و الأجرعية المشعة.
  • إدارة البيئة والتلاعب بها لصالح أنشطة عوامل التحكم التي تحدث بشكل طبيعي. يظهر مثال على ذلك في السيطرة الكاملة على العشب.


السيطرة على الخنفساء اليابانية

في هذا القسم نناقش استخدام البكتيريا ، عصية popilliae، للسيطرة على آفة رئيسية تم إدخالها في الولايات المتحدة الأمريكية.

تم نسخ الكثير من النص أدناه وتحديثه من كتاب نفد طباعته الآن [JW Deacon ، 1983. المكافحة الميكروبية للآفات والأمراض النباتية. فان نوستراند رينهولد ، ووكينغهام]

الخنفساء اليابانية بوبيليا جابونيكا (الشكل أ) ، تم تقديمه بالصدفة إلى الولايات المتحدة في أوائل هذا القرن. على الرغم من أنها ليست مشكلة في منطقتها الأصلية ، إلا أن الخنفساء تسبب أضرارًا جسيمة في الولايات المتحدة الأمريكية. انتشر بسرعة من المشاهدات الأولية في نيوجيرسي (1916) واليوم يوجد في ما يقرب من نصف البلاد ، في كل ولاية تقريبًا شرق المسيسيبي. إنها مشكلة كخنفساء بالغة لأنها تتغذى على مجموعة واسعة من النباتات ، فتتناول أنسجة الأوراق بين عروق الأوراق (الشكل ب) ، وتتراكم على الثمار الناضجة مسببة ضررًا كبيرًا. إنها أيضًا مشكلة في مرحلة اليرقات لأن الخنافس البالغة تضع بيضها في العشب وتدمر اليرقات القاعدة الشعبية ، خاصة في المناطق السكنية الجديدة حيث يغيب الأعداء الطبيعيون.

الشكل أ. الخنافس اليابانية البالغة ، يبلغ طولها حوالي 1-2 سم. الشكل ب ، تغذية الضرر على أوراق الشجر. استنادًا إلى الشرائح المقدمة من مختبر فيرفاكس البيولوجي.


بحلول الثلاثينيات من القرن الماضي ، أصبحت مشكلة الخنفساء خطيرة للغاية لدرجة أن البحث بدأ عن إجراء للتحكم. أدى ذلك إلى اكتشاف بعض اليرقات المريضة التي تحدث بشكل طبيعي. تم تسمية المرض مرض حليبي بسبب المظهر الأبيض اللبني لليرقات ، بسبب وجود عدد كبير من الجراثيم البكتيرية الانكسارية في الدم اللمف (دم الحشرات) (الأشكال C ، D). تم عزل نوعين من البكتيريا بعد ذلك من نوعين من مرض اللبني. تميز مرض النوع A بمظهر أبيض نقي من اليرقات وسميت البكتيريا في هذه الحالة ب. popilliae. اختلف مرض النوع B في أن اليرقات أظهرت انتقالًا من الأبيض إلى البني خلال فصل الشتاء وتم تسمية البكتيريا المسببة لهذا المرض. ب. lentimorbus. تم عزل مجموعة من بكتيريا مرض حليبي أخرى من مضيفات الخنفساء في جميع أنحاء العالم ، ولكن الاتجاه الآن هو اعتبار كل هذه أنواعًا من الخنافس. ب. popilliae لأنهم أكثر ارتباطًا ببعضهم البعض أكثر من ارتباطهم بالآخر عصية النيابة.

كل هذه البكتيريا هي من مسببات الأمراض المتخصصة للخنافس (غمدية الأجنحة) ، وتحديدا من الجعران الخنافس (فصيلة Scarabaeidae). تشمل هذه العائلة خنافس الروث المفيدة ولكن أيضًا بعض أهم آفات المراعي - الصقور. في التمرين ب. popilliae تم استخدامه بشكل مكثف وبشكل شبه حصري للسيطرة على الخنفساء اليابانية في الولايات المتحدة الأمريكية ، وبدرجة أقل ضد صائد الذرة الأوروبي مجالس أمفيمالون في ذلك البلد.

تعتبر بكتيريا مرض اللبني شديدة الإمراض كما أنها شديدة الثبات في البيئة بحيث يمكن استخدامها للإفراز الجماعي لتحقيق تحكم دائم. لكن ب. popilliae لا يمكن إنتاجه بسهولة في الوسائط الاصطناعية ، لذلك يتم إنتاج اللقاح الخاص ببرامج التحكم في المضيفات الحية.

الشكل (ج) يرقات الخنفساء اليابانية في التربة يبلغ طول اليرقات حوالي 2-3 سم. الشكل د ، يرقة صحية (يمين) ونقشة مريضة (يسار). استنادًا إلى الشرائح المقدمة من مختبر فيرفاكس البيولوجي.

ب. popilliae هو قضيب مكون للأبواغ سالبة الجرام ، 1.3 إلى 5.2 × 0.5 إلى 0.8 ميكرومتر. وهو كائن حساس ينمو فقط على الوسائط الغنية التي تحتوي على مستخلص الخميرة أو الكازين المائي أو مصدر الأحماض الأمينية المكافئة والسكريات. من المعروف أن العديد من الأحماض الأمينية مطلوبة للنمو ، وكذلك فيتامينات الثيامين وحمض الباربيتوريك. يعد التريهالوز ، السكر الموجود في الهيموليمف الحشري ، مصدرًا مفضلًا للكربون على الرغم من إمكانية استخدام الجلوكوز أيضًا.

بعض أصناف ب. popilliae تشكل جسمًا بلوريًا داخل الخلية في وقت التكاثر وتشبه في هذا الصدد ب. تورينجينسيس . لكن لا يُعتقد أن البلورة تلعب دورًا مهمًا في العدوى وبالتأكيد ليست مهمة كما في ب. تورينجينسيس. التنوع lentimorbus ، على سبيل المثال ، لا ينتج بلورة ومع ذلك فإنه يسبب المرض. فرق آخر بين B. popilliae و B. thuringiensis هل هذا ب. popilliae لا يمكن حثه على التكاثر في الأوساط المختبرية على الرغم من أنه يفعل ذلك بسهولة في المضيف المريض. في الواقع هناك عدد من قلة الأبواغ الطفرات - تلك التي تنتج عددًا قليلاً من الأبواغ - ولكن عادةً ما يتم إنتاج الأبواغ لبرامج مكافحة الميكروبات في يرقات الحشرات الحية - وهي عملية مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً.

ب. popilliae تسبب مرض يرقات الخنفساء عندما تبتلع الأبواغ في التربة. تنبت الجراثيم في القناة الهضمية في غضون يومين وتتكاثر الخلايا الخضرية ، لتصل إلى أقصى عدد خلال 3 إلى 5 أيام. بحلول هذا الوقت ، تكون بعض الخلايا قد اخترقت جدار الأمعاء وبدأت في النمو في الدم ، حيث تتطور أعداد كبيرة من الخلايا بحلول اليوم الخامس إلى العاشر. popilliae تحدث المرحلة الرئيسية من التبويض لاحقًا وتكتمل خلال 14 إلى 21 يومًا عندما تتطور اليرقة إلى مظهر حليبي نموذجي. في ظروف المختبر تظل اليرقة حية حتى هذه المرحلة وتحتوي عادة على حوالي 5 × 10 9 جراثيم. ومع ذلك ، في الظروف الميدانية ، هناك تقارير تفيد بأن اليرقات تموت في بعض الأحيان في وقت مبكر ، قبل اكتمال المرحلة الرئيسية من الأبواغ. هذا أمر مثير للقلق لأن الأبواغ تتوقف عندما يموت العائل وتطلق اليرقة في النهاية عددًا أقل من الأبواغ للحفاظ على مستوى الإصابة بالموقع.



الأشكال E-G. حقن يرقات الخنفساء اليابانية الصحية كمرحلة أولى في إنتاج مساحيق الأبواغ التجارية. استنادًا إلى الشرائح المقدمة من مختبر فيرفاكس البيولوجي.

ب. popilliae تم تسجيله لمكافحة الخنفساء اليابانية في الولايات المتحدة الأمريكية منذ حوالي عام 1950 - وهو أول تسجيل لأي عامل ممرض حشري كعامل تحكم ميكروبي. تستهدف استراتيجية المكافحة اليرقات فقط ، لذلك إذا كانت الخنفساء نفسها تتسبب في أضرار جسيمة ، فيجب استخدام مبيد حشري كيميائي للسيطرة على المدى القصير. يتم إنتاج الجراثيم البكتيرية تجاريًا في اليرقات التي يتم جمعها من العشب في ملاعب الجولف والمطارات وما إلى ذلك. يتم حقن اليرقات بخلايا بكتيرية (الأشكال EG) ، ويتم تحضينها حتى تتطور إلى مظهر حليبي ثم يتم سحقها وتجفيفها لإعطاء مسحوق أبواغ (الشكل ح). يتم تطبيق مساحيق البوغ على العشب في أكوام صغيرة بمسافة 1 متر تقريبًا (الأشكال I ، J) ثم يتم توزيع الجراثيم بشكل طبيعي عن طريق الرياح والأمطار. يمكن أن تستمر في التربة لعدة سنوات وتصيب اليرقات التي تأكلها. لذلك ، لديهم القدرة على التحكم الدائم في مشكلة الآفات ، لأن أعداد الأبواغ في التربة تزداد بشكل دوري عندما تموت يرقة مريضة.

يتم تسويق مساحيق Commercial & quotmilky spore & quot تحت عدة أسماء ، من قبل العديد من الشركات. على سبيل المثال ، تقوم Fairfax Biologicals بتسويق منتجها تحت الاسم التجاري & quotالموت& مثل. تشمل المنتجات الأخرى & quotدرب التبانة & quot، ومثلهجوم اليرقة& quot و & quotقاتل اليرقة& مثل.


الشكل ح. بعد حقن اليرقات ب. popilliae وحضنت لتطوير مرض حليبي ، يتم سحقها وتجفيفها ومزجها مع مادة مخففة لإنتاج مسحوق أبواغ تجاري. يتم وضع هذا المسحوق على سطح العشب (الأشكال I ، J) حيث سيتم غسله في الأرض. استنادًا إلى الشرائح المقدمة من مختبر فيرفاكس البيولوجي.

مزايا ب. popilliae تشمل (1) نطاق مضيفها الضيق جدًا (وهو أمر مرغوب فيه بيئيًا) وما يترتب على ذلك من نقص في التأثير على الحشرات النافعة (2) سلامتها الكاملة للإنسان والفقاريات الأخرى (على سبيل المثال ، لا تنمو عند 37 درجة مئوية) (3) ) توافقه مع عوامل التحكم الأخرى بما في ذلك المبيدات الحشرية الكيميائية ومؤخراً النيماتودا الممرضة للحشرات (Thurston وآخرون. ، 1994) (4) استمرارها ، وإعطاء سيطرة دائمة.

ومع ذلك ، تشمل عيوبه (1) ارتفاع تكلفة الإنتاج في الجسم الحي (2) معدل عملها البطيء (3) الأهم من ذلك ، افتقارها إلى التأثير على الخنافس البالغة والتي غالبًا ما تسبب الضرر الأكثر وضوحًا وإزعاجًا ، و (4) عدم جاذبيتها النسبية لمالك الأرض الصغير.

هناك أدلة على أن الخنفساء اليابانية عادت إلى الظهور كآفة خطيرة في بعض المناطق حيث تمت السيطرة عليها بفعالية منذ التطبيقات الأولية لغبار الأبواغ في الأربعينيات (Dunbar & amp Beard ، 1975). تراوحت كثافة اليرقات من 0 إلى 474 لكل متر مربع من العشب في عام 1974 (متوسط ​​112) ، وكانت في بعض الأحيان عالية مثل تلك المسجلة قبل 25 عامًا ، قبل بدء برنامج المكافحة. علاوة على ذلك ، في هذه الدراسة ، أظهر 0.2 ٪ فقط من اليرقات التي تم جمعها من المواقع الميدانية أعراض مرض اللبني مقارنة مع 41.5 ٪ من حالات الإصابة بالمرض في مسح في عام 1946 بعد. ب. popilliae تم تقديمه. تسببت الأبواغ التي تم جمعها من هذه اليرقات المريضة القليلة في إصابة 7 إلى 17٪ فقط باليرقات في الاختبارات المعملية ، مقارنة بـ 65 إلى 67٪ من العدوى من الأبواغ التي تم جمعها من ولاية نيويورك حيث لم يتم الإبلاغ عن انخفاض في درجة السيطرة. حتى هذا الرقم كان منخفضًا بالنسبة إلى معدل الإصابة بالمرض المتوقع بنسبة 90٪ على مستوى اللقاح المستخدم. ربما كان هناك انخفاض في ضراوة ب. popilliae في المواقع الميدانية على مر السنين ، إلى جانب زيادة درجة مقاومة الآفة المستهدفة (انظر Redmond & amp Potter ، 1995). قد يكون هذا متوقعًا من خلال الانتقاء الطبيعي ، لأن البكتيريا المسببة للأمراض التي تقتل مضيفها بسرعة كبيرة ستكون في وضع انتقائي.

نحن Fleming (1968) المكافحة البيولوجية للخنفساء اليابانية. النشرة الفنية لوزارة الزراعة الأمريكية رقم 1383. واشنطن العاصمة.

DM Dunbar & amp RL Beard (1975) الوضع الحالي لمرض حليبي الخنافس اليابانية والخنافس الشرقية الأخرى في ولاية كونيتيكت. مجلة علم الحشرات الاقتصادية 68, 453-457.

GS Thurston، HK Kaya & amp R Gaugler (1994) توصيف الحساسية المعززة ليرقات الجعران المصابة بمرض اللبني للديدان الخيطية الممرضة للحشرات. التحكم البيولوجي 4, 67-73.

CT Redmond & amp DA Potter (1995) عدم فعالية المنتج في الجسم الحي والمفترض في المختبر عصية popilliae ضد التجمعات الحقلية من اليرقات اليابانية (Coleoptera: Scarabaeidae) في كنتاكي. مجلة علم الحشرات الاقتصادية 88, 846-854.

JB Zhang ، TC Hodgman ، L Krieger ، W Schnetter & amp HU Schairer (1997) الاستنساخ وتحليل الجين البكاء الأول من عصية popilliae. مجلة علم الجراثيم 179, 4336-4341.

هناك العديد من المواقع الإلكترونية عن أمراض اللبن (اكتب & quotJapanese + beetle & quot أو & quotmilky + spore & quot في محرك البحث). هنا ليست سوى عدد قليل:


طرق قتل البكتيريا

تستخدم الحرارة والأشعة فوق البنفسجية والمضادات الحيوية والمواد الكيميائية للتحكم في البكتيريا والفيروسات والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. كيف تقتل مسببات الأمراض دون الإضرار بخلايانا؟

* كيف تلحق عوامل المكافحة الضرر بالميكروبات *

هناك العديد من الطرق المختلفة المستخدمة للتحكم في نمو الكائنات الحية الدقيقة. ومع ذلك ، فإن أساليب العمل (MOAs) لتدابير المكافحة الميكروبية تقع عمومًا في واحدة من أربع فئات أساسية.

1. تغيير جدار الخلية: يحافظ جدار الخلية البكتيرية على سلامة الخلية ، مما يسمح لها بالحفاظ على شكلها حتى عند وضعها في بيئة منخفضة التوتر. عندما يضعف جدار الخلية أو يتعطل ، لا يعود بإمكانه العمل لمنع الخلية من الانفجار بسبب التأثيرات التناضحية (تدفق الماء إلى الخلية).

2. تغيير غشاء البلازما: يحتوي الغشاء الخارجي للخلية على السيتوبلازم وجميع محتويات الخلايا الداخلية ، بالإضافة إلى التحكم في مرور المواد الكيميائية داخل وخارج الخلية. عند تلفه ، قد يسمح غشاء البلازما للمحتويات الخلوية بالتسرب.

بعض الفيروسات (جزيئات لا خلوية) محاطة بغشاء يسمى الغلاف الفيروسي. هذا الظرف مسؤول عن ربط الفيروس بالخلايا المستهدفة ، لذا فإن تلف الغلاف الفيروسي يتداخل مع عملية النسخ المتماثل للفيروسات المغلفة. تتمتع الفيروسات غير المغلفة (تلك التي تحتوي فقط على قفيصة وحمض نووي) بقدرة أكبر على تحمل الظروف القاسية.

* التداخل مع بنية البروتين: تعتمد وظيفة البروتين على الشكل ثلاثي الأبعاد للجزيء. يمكن للحرارة الشديدة ، أو بعض المواد الكيميائية ، أن تفسد أو تغير شكل البروتين. لا يمكن للبروتين المشوه أن يؤدي وظيفته داخل الخلية.

* التداخل مع بنية الحمض النووي: يمكن أن تتلف الأحماض النووية (DNA و RNA) أو تتلف بسبب المواد الكيميائية والإشعاع والحرارة. يمكن أن تكون النتيجة إنتاج طفرات قاتلة في الحمض النووي أو التداخل مع تخليق البروتين من خلال العمل على الحمض النووي الريبي.

* أنواع عوامل التحكم الميكروبي *

هناك ثلاث فئات عامة لعوامل التحكم في الميكروبات:

* المادية: الحرارة ، التجفيف بالتجميد ، الأشعة فوق البنفسجية والترشيح كلها عوامل تحكم فيزيائية.
* المواد الكيميائية: عوامل التحكم الكيميائية ، مثل المطهرات Lysol أو Clorox ، تدمر معظم الخلايا النباتية والفيروسات.
* العلاج الكيميائي: مضادات الميكروبات هي عقاقير (مضادات حيوية) تستخدم لعلاج المرضى الذين تم تشخيص إصابتهم بأمراض معدية.

* الحساسية الميكروبية لعوامل التحكم *

الأنواع المختلفة من الميكروبات لها مستويات متفاوتة من الحساسية لتأثيرات عوامل التحكم الكيميائية والفيزيائية. من الصعب للغاية تدمير الأبواغ البكتيرية والجراثيم الأولية. يعد استخدام الأوتوكلاف (الحرارة مع الضغط) الطريقة الأكثر موثوقية للتخلص منها.

حتى بعض الخلايا النباتية (خلايا التمثيل الغذائي النشطة على عكس الأبواغ الخاملة) يصعب تدميرها أكثر من غيرها. على سبيل المثال ، تحتوي بكتيريا Mycobacterium و Nocardia على جدران خلوية تحتوي على حمض mycolic شمعي. يجعل الشمع هذه الخلايا أكثر مقاومة للتدمير من غيرها.

عادة ما يكون تدمير الفيروسات أسهل من تدمير الخلايا النباتية. يصعب تدمير الفيروسات العارية (غير المغلفة) أكثر من الفيروسات المغلفة.

* انتقائية عوامل التحكم الميكروبي *

لا تعتبر عوامل التحكم الكيميائية والفيزيائية عوامل مستهدفة بشكل خاص. الميكروب المصاب والخلية المضيفة والبيئة كلها عرضة للتأثيرات السامة لهذه العوامل المعممة. في المقابل ، تعتبر عوامل العلاج الكيميائي ، مثل المضادات الحيوية ، سامة بشكل انتقائي. يمكن أن تضر البكتيريا بينما لا تؤذي خلايانا لأن مضادات الميكروبات تستهدف بعض جوانب التمثيل الغذائي الميكروبي ، مثل تخليق البروتين أو إنتاج جدار الخلية.هناك العديد من الفئات المختلفة من المضادات الحيوية ، ولكل منها طريقة عمل المضادات الحيوية (MOA) التي تستهدف جوانب مختلفة من التمثيل الغذائي البكتيري.

* بروتوكول اختبار عامل التحكم الميكروبي *

المبدأ الأساسي لاختبار أي عامل تحكم (سواء كانت درجة حرارة أو مادة كيميائية أو مضاد حيوي) هو نفسه دائمًا:

1. فضح الكائن الحي للعامل.
2. إزالة العامل.
3. وضع الكائنات الحية في وسط نمو موات.
4. بعد الحضانة ، ابحث عن تكاثر الكائنات الحية.

باومان ، ر. (2005) علم الأحياء الدقيقة.
بارك تالارو ، ك. (2008) أسس في علم الأحياء الدقيقة.


عيوب المكافحة البيولوجية:

  1. يمكن أن تكون المكافحة البيولوجية متقلبة. في النهاية ، يمكنك التحكم في أي عدو طبيعي تخسره في نظام بيئي. بينما هو & aposs مفترض لإدارة آفة واحدة ، هناك دائمًا احتمال أن يتحول مفترسك إلى هدف مختلف - قد يقرر أكل محاصيلك بدلاً من الحشرات التي تصيبهم هو خطة أفضل! ليس هذا فقط ، ولكن عند إدخال نوع جديد في البيئة ، هناك خطر تعطيل السلسلة الغذائية الطبيعية.
  2. انها & aposs عملية بطيئة. يستغرق الأمر الكثير من الوقت والصبر للعوامل البيولوجية لتعمل بسحرها على مجتمع الآفات ، في حين أن الطرق الأخرى مثل المبيدات الحشرية تقدم نتائج فورية. الجانب الإيجابي لذلك هو التأثير طويل المدى الذي توفره المكافحة البيولوجية.
  3. إذا كنت تتطلع إلى القضاء على آفة بالكامل ، فإن المكافحة البيولوجية ليست الخيار الصحيح. لا يمكن للحيوانات المفترسة البقاء على قيد الحياة إلا إذا كان هناك شيء لتأكله ، لذا فإن تدمير سكانها الغذائي قد يعرض سلامتهم للخطر. لذلك ، يمكنهم فقط خفض عدد الآفات الضارة.
  4. في حين أنها رخيصة على المدى الطويل ، فإن عملية إنشاء نظام تحكم بيولوجي فعليًا هي مسعى مكلف. يذهب الكثير من التخطيط للمال إلى تطوير نظام ناجح.

7.2.2: استخدام الطرق الفيزيائية للتحكم في الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء

السيطرة على الكائنات الدقيقة قراءات في تورتورا وآخرون. al .: الفصل 7 ، الفصل 8 - الطفرة ، خاصةً التي تحدث بسبب الإشعاع ، الفصل 20. تعرف على المصطلحات الواردة في الفصل 7. يمكن أن تكون السيطرة على الكائنات الحية الدقيقة إما إيجابية أو سلبية:

التحكم الإيجابي - تريد أن تجعلها تنمو: التخمير الصناعي ، صناعة البيرة والنبيذ والخبز

السيطرة السلبية - تريد تدميرها عن طريق (1) الوسائل الفيزيائية أو الكيميائية أو (2) المضادات الحيوية

عادة ما نعني التحكم السلبي وبقية هذه المناقشة تتعلق بتدمير أو تثبيط الميكروبات:

الطرق الفيزيائية والكيميائية - انظر Tortora et. آل. للشروط.

فيروسات صغيرة غير مغلفة (شلل الأطفال ، فيروس الروتا ، داء الكلب)

الفيروسات المغلفة (الهربس ، والتهاب الكبد الوبائي ب ، والتهاب الكبد سي ، وفيروس نقص المناعة البشرية)

الأكثر حساسية للتدمير (الأقل مقاومة للعوامل الفيزيائية والكيميائية)

الحرارة - تعتبر الحرارة الرطبة أكثر فعالية من الحرارة الجافة.

التصفية - انظر المناقشة والشكل في Tortora et. آل. على هذا. تستخدم المرشحات الغشائية (Millipore TM) لتعقيم السوائل الحساسة للحرارة. تُستخدم فلاتر HEPA لتعقيم الهواء في أغطية المخاطر البيولوجية.

منظفات الموجات فوق الصوتية - جيدة لإزالة الملوثات العضوية - "تعقيم." لا مبيد للجراثيم.

الأشعة فوق البنفسجية (انظر تورتورا وآخرون ، للحصول على وصف لما يفعله ضوء الأشعة فوق البنفسجية للخلايا).

UVB = 280-320 نانومتر UVA = 320-400 نانومتر

تستخدم مصابيح مبيدات الجراثيم لتطهير الهواء والأسطح. لا تخترق الأشعة فوق البنفسجية الزجاج أو البلاستيك أو الماء جيدًا.

ضوء الأشعة فوق البنفسجية يضر العينين والجلد.

الإشعاع المؤين = الأشعة السينية وأشعة جاما - مبيد للأبواغ ويخترق جيدا.

المواد الكيميائية - العديد منها تسمى المطهرات أو المطهرات أو كليهما.

كيماويات التعقيم: أكسيد الإيثيلين

بيتا بروبريولاكتون

الفينول (قد تصمد الأبواغ)

الهالوجينات (اليود والكلور والبروم)

الفورمالديهايد

جلوتارالدهيد

هالوجين كلورين - مطهر ممتاز ، مبيد للبكتيريا ، ولكن يمكن تعطيله بسهولة بواسطة المواد العضوية. التخفيفات من المبيض المنزلي بين 1:10 - 1: 100 مبيد للأبواغ بعد 10 دقائق من العلاج. يمكن استخدام 2-4 قطرات من المبيض لكل لتر من الماء لمعالجة مياه الشرب (دعها تقف لمدة 30 دقيقة).

اليود مشابه للكلور. غالبًا ما توجد على شكل صبغة أو محلول كحول. تم العثور عليه أيضًا باعتباره iodophor (betadine TM) حيث يكون اليود معقدًا بجزيء عضوي. تعتبر اليودوفورات أكثر ثباتًا من الصبغات وتطلق اليود ببطء وثبات. لذلك فهي أقل ضررا على الأنسجة البشرية.

هيدروجين بيروكسيد - هو عامل مؤكسد قوي وفعال للغاية ضد البكتيريا النباتية على الأسطح غير الحية. يعمل الكاتلاز في الأنسجة البشرية على تحييد H 2 O 2 ، ولكن إنتاج فقاعات الأكسجين يساعد على تنظيف الجروح ومثبط بشدة للبكتيريا اللاهوائية.

المركبات الكيميائية التي يشيع استخدامها كمطهرات ومعقمات
مجمع نوع العمل التطبيقات
بيروكسيد الهيدروجين (3٪) مطهر / مطهر الأسطح الخارجية ، الأنسجة الحية
هيبوكلوريت (0.5٪) (كلوروكس) مطهر الأسطح الخارجية غير الحية
اليود (1٪ في 70٪ كحول) مطهر / مطهر الأسطح الخارجية ، الأنسجة الحية
اليود (70 جزء في المليون متوفرة أنا2) مطهر / مطهر الأسطح الخارجية ، الأنسجة الحية ، التقشير الجراحي
ليسول (5٪) مطهر الأسطح الخارجية غير الحية
الفينول (5٪) مطهر الأسطح الخارجية غير الحية
سداسي كلوروفين (pHisohex) مطهر / مطهر الأسطح الخارجية ، مقشر جراحي للأنسجة الحية
فورمالديهايد (4٪) مطهر الأسطح الخارجية غير الحية
الزفرين ومركبات الأمونيوم الرباعية الأخرى مطهر الأسطح الخارجية غير الحية
الكحول (الإيثيل أو الأيزوبروبيل بنسبة 70٪) مطهر / مطهر الأسطح الخارجية والجلد السليم
الزئبق العضوي (ميرثيولات ، ميركروكروم) مطهر / مطهر الأسطح الخارجية
برمنجنات البوتاسيوم مطهر التهابات فطريات الجلد السطحية
نترات الفضة (1٪) مطهر منع التهابات العين حديثي الولادة
غاز أكسيد الإيثيلين (12٪) مطهر معقم البياضات ، البلاستيك القابل للحرارة
جلوتارالدهيد مطهر معقم تعقيم الأدوات المعدنية
الفورمالديهايد (20٪ في الكحول) مطهر معقم تعقيم الأدوات المعدنية

عوامل العلاج الكيميائي - المضادات الحيوية

معظمها مشتق من مركبات يتم تصنيعها بيولوجيًا بواسطة كائنات دقيقة أخرى. ستربتوميسيس و بنسيليوم نوعان من الكائنات الحية التي أعطتنا المضادات الحيوية. كرس عالم المناعة الشهير بول إيرليش الكثير من حياته المهنية للبحث عن "الرصاصة السحرية" أو المركب الكيميائي ذي السمية الانتقائية. أي أن مثل هذا المركب سيكون سامًا للميكروب المصاب ولكن ليس للمضيف البشري. تم تحقيق هذا الحلم بواسطة Flemming و Florey من خلال اكتشاف البنسلين وإنتاجه بكميات كبيرة.

تحقق المضادات الحيوية سمية انتقائية من خلال استغلال الفروق بين حقيقيات النوى وبدائيات النوى. توجد الاختلافات الأكثر عمقًا في جدار الخلية وعلى مستوى الريبوسوم. ويترتب على ذلك أن معظم المضادات الحيوية لدينا إما تمنع تخليق جدار الخلية البكتيرية أو تمنع تخليق البروتينات البكتيرية. على سبيل المثال: يتداخل الأمبيسلين والبنسلين مع تخليق جدار الخلية ، الكلورامفينيكول والجنتاميسين والستربتومايسين والتتراسيكلين يتداخلان مع تخليق البروتين. كيف يعمل ثلاثي السلفا؟

مقاومة المضادات الحيوية هي مشكلة متنامية والتي في مصدرها الاستخدام العشوائي وغير المناسب للمضادات الحيوية. تتضمن بعض "الحشرات الخارقة" الحالية المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) ، والمكورات المعوية المقاومة للفانكومايسين (VRE) ، والسل المتفطرة المقاومة للأدوية المتعددة. من المهم أن يأمر الأطباء بالحساسية على البكتيريا المعزولة من مواقع العدوى حتى يمكن وصف المضادات الحيوية المناسبة. أيضًا ، من المهم أن تصاب العدوى بشدة بجرعات عالية ومثلى من المضاد الحيوي وأن تظل مستويات الأنسجة من المضاد الحيوي مرتفعة طوال فترة العلاج. يجب أن يستمر العلاج حتى تموت جميع مسببات الأمراض - وهذا يعني أن المريض يجب أن يستمر في تناول المضاد الحيوي حتى بعد زوال الأعراض.


التحكم البيولوجي

المجلة تشمل المكافحة البيولوجية على نطاق واسع, جرثومي, الديدان الخيطية, حشرة, العثه, حشيش، و الفقاريات الآفات في الزراعة والمياه والغابات والموارد الطبيعية والمنتجات المخزنة والبيئات الحضرية. كما يتم تضمين المكافحة البيولوجية للآفات المفصلية للإنسان والحيوانات الأليفة. نرحب بالمناهج البيئية والجزيئية والبيوتكنولوجية لفهم المكافحة البيولوجية.

تغطي هذه المجلة متعددة التخصصات:

علم الحشرات:
الطفيليات والحيوانات المفترسة ومسببات الأمراض واستخدامها من خلال استراتيجيات الاستيراد و / أو الزيادة و / أو إدارة الموائل
أمراض النبات:
العداء ، والمنافسة ، والحماية المتقاطعة ، والتطفل المفرط ، ونقص الفوعة ، وقمع التربة من خلال العوامل التي تحدث بشكل طبيعي والمقدمة
علم الديدان:
المفترسات والطفيليات ومسببات الأمراض في المكافحة البيولوجية من خلال زيادة و / أو استراتيجيات إدارة الموائل والتربة القاتلة من خلال عوامل طبيعية ومقدمة
علم الحشائش:
الفقاريات واللافقاريات ومسببات الأمراض واستخدامها من خلال التكتيكات الكلاسيكية أو المعززة أو المبيدة البيولوجية

يتم تضمين الأقسام التالية:

التكنولوجيا الجزيئية:
التقدم في فهم عوامل المكافحة البيولوجية وآلياتها
المنتدى:
الموضوعات النظرية والخاصة رسائل إلى المحررين - بمثابة وسيلة للنقاش.


7.2.2: استخدام الطرق الفيزيائية للتحكم في الكائنات الحية الدقيقة - علم الأحياء

من إنتاج جيم ديكون
معهد الخلية والبيولوجيا الجزيئية ، جامعة إدنبرة

الكائنات الدقيقة المحمولة جوا

تعتبر الجزيئات المحمولة جواً سبباً رئيسياً لأمراض الجهاز التنفسي لدى البشر ، مما يسبب الحساسية والربو والتهابات الجهاز التنفسي المسببة للأمراض. الجراثيم الفطرية المحمولة جواً هي أيضاً عوامل مهمة لأمراض النبات ، ووسيلة لنشر العديد من الفطريات الرخامية الشائعة.

  • بعض أمراض الجهاز التنفسي الهامة للإنسان
  • دور الجراثيم المحمولة جواً في أمراض المحاصيل
  • الطرق المستخدمة لمراقبة تجمعات الأبواغ في الهواء

من مجموعة الشرائح ، قسم الأحياء الدقيقة الطبية ، جامعة إدنبرة

أثناء العطس ، يتم طرد الملايين من قطرات الماء والمخاط الصغيرة بسرعة حوالي 200 ميل في الساعة (100 متر في الثانية). يبلغ قطر القطرات في البداية حوالي 10-100 ميكرومتر ، لكنها تجف بسرعة نوى القطيرات من 1-4 ميكرومتر ، تحتوي على جزيئات فيروسية أو بكتيريا. هذه وسيلة رئيسية لانتقال العديد من الأمراض التي تصيب البشر ، كما هو موضح في الجدول أدناه.

بعض الأمراض المهمة التي تصيب الإنسان تنتقل من شخص لآخر عن طريق استنشاق الجزيئات المحمولة جواً
أمراض الفيروسات
(نوع الفيروس بين قوسين)
أمراض بكتيرية
(اسم بكتيري بين قوسين)
جدري الماء (الحماق) السعال الديكي (البورديتيلة السعال الديكي)
انفلونزا (انفلونزا) التهاب السحايا (النيسرية محيط)
الحصبة (روبيولا) الدفتيريا (بكتريا الخناق الوتدية)
الحصبة الألمانية (الروبيلا) التهاب رئوي (الميكوبلازما الرئوية ، العقدية محيط)
النكاف (النكاف) مرض الدرن (السل الفطري)
الجدري (Variola)

العديد من الأمراض الأخرى ، أدناه ، يتم اكتسابها عن طريق استنشاق جزيئات من مصادر بيئية ، وليس مباشرة من شخص مصاب.
مرض
مصدر
الببغاءات (الكلاميديا ​​psittaci) الفضلات المجففة المسحوقة من الطيور المصابة (الببغاوات ، الحمام ، إلخ).
مرض المحاربين (البكتيريا المستروحة) قطرات من أنظمة تكييف الهواء ، وخزانات المياه ، وما إلى ذلك ، حيث تنمو البكتيريا.
التهاب الأسناخ التحسسي الحاد (جراثيم فطرية وشعاعية مختلفة) الأبواغ الفطرية أو الفطرية من المواد العضوية المتحللة (السماد العضوي ، مخازن الحبوب ، التبن ، إلخ.)
داء الرشاشيات (Aspergillus fumigatus ، A. flavus ، A. niger) استنشاق الجراثيم الفطرية من المواد العضوية المتحللة
داء النوسجات (كبسولات الهستوبلازما) جراثيم الفطر في فضلات الخفافيش أو الطيور القديمة
داء الكروانيديا (Coccidioides immitis) الأبواغ في الغبار المنفوخ بالهواء في المناطق الصحراوية (أمريكا الوسطى والجنوبية والشمالية) حيث ينمو الفطر في التربة

__________________________________________________________________________________________

الببغاءات هو مرض خطير ينتقل عن طريق التعامل مع الطيور أو استنشاق الغبار من براز الطيور. تسببه البكتيريا الكلاميديا ​​psittaci، طفيلي ملزم داخل الخلايا. بعد دخول الجهاز التنفسي ، تنتقل الخلايا إلى الكبد والطحال ، وتتكاثر هناك ثم تغزو الرئتين مسببة الالتهاب والنزيف والالتهاب الرئوي.

مرض المحاربين هو شكل شائع إلى حد ما من الالتهاب الرئوي لدى كبار السن أو الذين يعانون من نقص المناعة. نادرا ما ينتقل مباشرة من شخص لآخر. البكتيريا هي نوع مائي على شكل قضيب مع درجة حرارة مثالية تبلغ حوالي 36 درجة مئوية ، وهي من السكان الشائعين لأنظمة المياه الدافئة في المباني. تحدث العدوى عندما يستنشق الناس قطرات الهباء الجوي التي تحتوي على البكتيريا.

التهاب الحويصلات الهوائية الخارجية هي استجابة شديدة الحساسية ، وعادة ما ترتبط بالتعرض المتكرر للجراثيم المحمولة جواً في بيئة العمل. مثال كلاسيكي هو الشرط المسمى رئة المزارع، بسبب التعرض لجراثيم من الفطريات الشعيرية المحبة للحرارة.

داء الرشاشيات, داء النوسجات و داء الكروانيديا هي أمثلة على الالتهابات الفطرية الخطيرة التي تصيب البشر ، والتي تسببها الجراثيم المترسبة في الحويصلات الهوائية. يمكن أن تكون أمراضًا مهددة للحياة للأشخاص الذين يعانون من نقص المناعة ، عندما تنتشر الفطريات من الرئتين إلى أعضاء الجسم الرئيسية. ومع ذلك ، في جميع الحالات ، تكون إصابة البشر عرضية للفطر ، ولا تلعب دورًا في بيولوجيتها الطبيعية. هذه الفطريات تنمو بشكل طبيعي ككائنات مُحللة في التربة أو براز الطيور أو ركائز عضوية أخرى.

دخان الرشاشيات. ( أ ) رؤوس الأبواغ النموذجية للفطر في الثقافة المخبرية. يتم إنتاج الجراثيم من phialides التي تنشأ من الجزء العلوي من تورم على شكل مضرب (حويصلة) من خيوط منتصبة (sporangiophore). [انظر الكائنات الدقيقة المحبة للحرارة]. ( ب ) قسم مجهري من أنسجة الرئة ، ملطخ لإظهار خيوط فطر الرشاشيات في كيس هوائي. تسمى هذه الكرة من الخيوط التي تنمو بشكل رمي في الرئة بـ ورم الرشاشيات.

تُستخدم عينات الهواء بشكل روتيني لمراقبة تجمعات الجسيمات المحمولة جواً ، ولإبلاغ الجمهور بجودة الهواء وعدد حبوب اللقاح / الجراثيم من خلال البث العام (تقارير الطقس ، إلخ). يتم استخدامه من قبل المستشفيات الكبرى لمراقبة مجموعات جزيئات مسببة للحساسية (جراثيم فطرية ، إلخ) ، بحيث يمكن تحديد أسباب الحساسية لدى المرضى. ويتم استخدامه في علم أمراض المحاصيل للتنبؤ بالأمراض ، بحيث يمكن للمزارعين استخدام مبيدات الفطريات عند الحاجة.

هنا سننظر في ثلاثة أنواع رئيسية من أجهزة أخذ العينات للكشف عن أحمال الجراثيم الفطرية في الهواء:

ال أخذ العينات روتورود (شكل ج أدناه) هو جهاز أخذ عينات هواء رخيص وبسيط ومحمول. يتكون من قضيب معدني على شكل حرف U متصل بواسطة مغزل بمحرك كهربائي يعمل بالبطارية. يتسبب المحرك في دوران الأذرع المستقيمة للقضيب المعدني بسرعة عالية. لاستخدام جهاز أخذ العينات ، يتم تغطية الأذرع المستقيمة بشرائط ضيقة من الشريط اللاصق ، بحيث تؤثر أي جراثيم في الهواء على الأشرطة. ثم يتم إزالة الأشرطة وفحصها مجهريًا للتعرف على الجراثيم والجزيئات الأخرى مثل حبوب اللقاح في الهواء. يتم عرض بعض الأمثلة في الشكلان د و هـ.


الشكل ج : جهاز أخذ العينات روتورود. الأشكال د ، هـ: قطع من الشريط اللاصق الذي تأثرت عليه الأبواغ والجزيئات الأخرى. تشمل الجسيمات التي يمكن تحديدها ما يلي: في D ، أسكسبور (كما) ، بوغ فطري هيالين (عديم اللون) (ح) وكونيديوم من الفطريات الشائعة على سطح الأوراق كلادوسبوريوم (ج) في ه، كونيديا متعددة الخلايا (تشبه أحذية الثلوج) من الفطريات الشائعة على سطح الأوراق النوباء (أ) ، كونيديا (ج) وشظايا خيوط (الفصل) من كلادوسبوريوم، وبوغ هيالين كبيرة من فطريات البياض الدقيقي (م).

يعتبر هذا النوع من أجهزة أخذ العينات أكثر فاعلية في حبس الجسيمات الكبيرة نسبيًا (ما يزيد عن 7 ميكرومتر) مثل الأبواغ الفطرية الكبيرة وحبوب حبوب اللقاح. ويرد سبب ذلك في الشكل و أدناه.

عندما ينتقل الهواء نحو جسم مثل الأسطوانة الضيقة ، أو العكس ، فإنه ينحرف حول الجسم. ستميل أي جسيمات في الهواء إلى الاستمرار في مسارها الأصلي ، لكن قدرتها على القيام بذلك (و للتأثير على الكائن) يحكمها قوة الدفع (معرف ك السرعة × الكتلة). في أي سرعة هواء معينة ، من المرجح أن تصطدم الجسيمات الثقيلة (أ في الرسم التخطيطي) بينما من المحتمل أن تنحرف الجسيمات الأصغر (الأخف) حول الجسم. ستكون هناك حاجة لسرعات هواء عالية جدًا للتأثير على الجسيمات الأصغر (ب في الرسم التخطيطي) ، ونادرًا ما توجد سرعات الهواء هذه في الظروف الطبيعية.

لذلك ، من الناحية العملية ، يمكن تصنيف الجراثيم الفطرية والجزيئات المحمولة جواً إلى فئتين عريضتين - تلك التي يمكن أن تؤثر على الأسطح (المصادمون) ، وتلك الأصغر حجمًا والتي يتم إزالتها فقط من الهواء عن طريق الترسيب في ظروف الهدوء لفترات طويلة أو التي يتم إزالتها من الهواء بواسطة المطر.

تتمثل إحدى مزايا جهاز أخذ العينات الدوار في أنه يمكن استخدامه لتحديد مصدر جراثيم فطر معين بدقة. قام عالم الأحياء الهوائية الشهير ، PH Gregory ، بهذا في الخمسينيات من القرن الماضي عن طريق وضع عينات rotorod في مواقع مختلفة في أحد الحقول و & quot؛ في مصدر جراثيم الفطريات. مخطط Pithomyces، والتي تسبب حالة تعرف باسم أكزيما وجه الأغنام.

العديد من مسببات الأمراض الهامة لنباتات المحاصيل لها أبواغ كبيرة تؤثر بسهولة على أسطح النباتات لبدء العدوى. تشمل الأمثلة البياض الدقيقي للقمح ، إريسيف جرامينيس (الشكل ز، مع أبواغ يبلغ طولها حوالي 30 ميكرومترًا) وتفحم سائبًا من القمح ، Ustilago tritici (الأشكال H ، I). يتميز هذا المرض الخبيث بكتلة من الجراثيم السوداء حيث يتم إنتاج الحبوب بشكل طبيعي. يبلغ قطر هذه الجراثيم 8-10 ميكرومتر. (انظر العوامل الممرضة بيوتروفيك).

يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول جهاز أخذ العينات الدوار من موقع الويب الخاص بالمورد التجاري ، http://www.multidata.com/samplingtechnologies.html (ليس على هذا الخادم).

يعمل جهاز أخذ العينات بوركارد على نفس مبدأ جهاز أخذ العينات الدوار ، ولكنه يستخدم لإعطاء سجل مستمر للجزيئات في الهواء على مدى 24 ساعة أو حتى 7 أيام. الجهاز (الأشكال J ، K) يتكون من أسطوانة محكمة الغلق تحتوي على قرص دوار الساعة (رأس السهم في الشكل K) والذي يقوم بعمل ثورة واحدة في 7 أيام. سطح هذا القرص مغطى بشريط لاصق لحبس الجراثيم التي تصطدم به. عندما يتم تجميع الجهاز ، يتم امتصاص الهواء في الأسطوانة بسرعة عالية من خلال فتحة شق (رأس السهم في الشكل J) عن طريق محرك في قاعدة الجهاز. تصطدم أي جزيئات في الهواء بالشريط اللاصق بالقرب من فتحة الشق ، مما يعطي سجلًا للجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي في وقت محدد من اليوم.في نهاية مدة 7 أيام ، تتم إزالة الشريط ، وتقطيعه إلى أقسام تمثل فترات زمنية كل ساعة أو يومية ، ثم يتم فحصه مجهريًا.

وبهذه الطريقة ، يمكن التمييز بوضوح بين الجراثيم التي تنطلق ليلًا وتلك التي يتم إطلاقها في النهار أو الجسيمات الأخرى ، وكذلك ربط أنواع الجسيمات بظروف الطقس المختلفة (مثل فترات الرطوبة أو الجفاف) أثناء تشغيل الجهاز. تُستخدم مصيدة بوركارد البوغية عادة للمراقبة المستمرة لأحمال الجراثيم أو حبوب اللقاح في الهواء. على سبيل المثال ، عادة ما يتم وضع هذه المصائد على أسطح المستشفيات ومحطات الأرصاد الجوية والمباني العامة الأخرى ، وتوفر المعلومات العامة من خلال البث التلفزيوني والإذاعي.

المبدأ هو نفسه تمامًا كما هو الحال في جهاز أخذ العينات الدوار لأن محاصرة الجسيمات تعتمد على الانحشار. القيود هي نفسها أيضًا: فقط الجسيمات الأكبر ذات الكتلة الكافية ستؤثر على الأشرطة بسرعات الهواء الناتجة عن هذا النوع من أجهزة أخذ العينات.

الأرقام J-K. جهاز أخذ عينات بركارد البوغ ، موضح في شكل مجمع (J) وأثناء التحضير (K).

أخذ العينات أندرسون

جهاز أخذ العينات Anderson (الشكل L) هو جهاز مبتكر للقبض الانتقائي لأحجام مختلفة من الجسيمات وفقًا لحجمها (الزخم). يتكون جهاز أخذ العينات هذا من كومة من 8 أقسام معدنية تتلاءم مع الأختام الحلقية لتشكيل أسطوانة محكمة الغلق. كل قسم معدني له قاعدة مثقبة (انظر الشكل ن) ، وعدد الثقوب هو نفسه في كل قسم ، ولكن حجم هذه الثقوب يتقلص تدريجيًا من أعلى العمود إلى أسفله. لاستخدام جهاز أخذ العينات هذا ، يتم وضع ألواح أجار مفتوحة بين كل قسم معدني ، مستندة على ثلاثة دعامات (تظهر كرؤوس سهام في الشكل N).

الأشكال L ، M . أخذ عينات الهواء Anderson ، الموضحة في المختبر (إل) ومثبتة بدوارة رياح في موقع ميداني (م).

عندما يتم تجميعه بالكامل (مع لوحة أجار مفتوحة بين كل وحدة) ، يمتص محرك كهربائي الهواء من أسفل الوحدة ، مما يتسبب في دخول الهواء المحمّل بالأبواغ من الأعلى (رأس السهم في الشكل L) ويمر لأسفل عبر الأسطوانة. يظهر المسار الذي يسلكه هذا الهواء في الشكل O، أدناه.

ينتقل الهواء الممتص في الجزء العلوي من العمود بسرعة منخفضة نسبيًا نحو صفيحة أجار الأولى ، وبالتالي فإن الجزيئات الأكبر فقط تؤثر على سطح الأجار. ثم ينتقل الهواء حول حافة صفيحة الأجار وعبر الثقوب إلى لوحة أجار الثانية ، وهكذا. مع استمرار هذه العملية أسفل المكدس ، يضطر نفس حجم الهواء للسفر عبر ثقوب أصغر متتالية ، وبالتالي تزداد سرعة الهواء تدريجياً. تزيد سرعة الهواء المتزايدة تدريجياً لأسفل العمود من زخم الجسيمات المحمولة بالهواء ، بحيث يمكن حتى لأصغر الجسيمات (التي يقل قطرها عن 3 ميكرومتر) التأثير على ألواح الأجار السفلية.

عندما يتم تشغيل جهاز أخذ العينات لمدة 5-15 دقيقة أو أكثر ، يتم فصل الصفائح المعدنية وإزالة أطباق بتري للحضانة لتحديد المستعمرات التي تتطور. الأشكال P-R (أدناه) عرض بعض الأمثلة على لوحات أجار من عينة Anderson. في هذه الحالة ، احتوت عينة الهواء على أبواغ من التبن المتعفن ، وتم تحضين ألواح الأجار عند 37 درجة مئوية.

الشكل P : لوحة أجار من المستوى السفلي لعينة أندرسون. المستعمرات من الفطريات الشعاعية المحبة للحرارة (Micropolyspora faeni أو Thermoactinomyces vulgaris) هذه هي الأسباب الشائعة ل مرض رئة المزارع (الحويصلات الهوائية الخارجية الأرجية). جراثيم الفطريات الشعاعية صغيرة جدًا (1-2 ميكرومتر) لذا فهي تدخل الرئتين بشكل شائع. إنها تشكل مستعمرات كثيفة بطيئة النمو على أجار ، ويعكس نمط المستعمرات المرئي على صفيحة الآجار نمط الثقوب التي مر بها الهواء. يوضح هذا الشكل أيضًا كيف يمكن ملء طبق بتري مقسم (ثلاثي القطاعات) بوسائط أجار مختلفة لاكتشاف أنواع مختلفة من الكائنات الحية في الهواء. الأشكال س و ص تُظهر لوحات أجار من الجزء الأوسط من عينة Anderson ، حيث توجد عدة أنواع من فطر الرشاشيات و بنسيليوم نمت من أبواغ قطرها حوالي 3-5 ميكرومتر.

تتمثل إحدى الميزات المثيرة للاهتمام لعينة Anderson في أنها تحاكي ترسب الجراثيم (أو غيرها من الجسيمات الشريرة) في الجهاز التنفسي البشري (انظر الشكل O). على سبيل المثال ، تميل الأبواغ الفطرية الكبيرة نسبيًا وحبوب حبوب اللقاح إلى أن تكون محاصرة في الشعر المغطى بالمخاط في أنفنا ، حيث يمكن أن تسبب أعراض حمى وحمى في الأفراد المعرضين للحساسية. لا يتم احتجاز الجسيمات الأصغر في فتحات الأنف ، ولكن بدلاً من ذلك يتم حملها إلى أسفل في القصيبات والحويصلات الهوائية. هنا تكون سرعة الهواء منخفضة جدًا ، لأن التفرع المتتابع للقناة التنفسية قد قلل من سرعة الهواء إلى أدنى حد ممكن. لكن الأبواغ التي يبلغ قطرها حوالي 2-4 ميكرومتر يمكن أن تستقر على الأسطح المخاطية للحويصلات الهوائية. بعض هذه الجراثيم مهمة في بدء التهابات الرئتين. لكن، من المهم أن نلاحظ أن الآليات الأساسية لترسب الجراثيم في جهاز أخذ عينات أندرسون تختلف تمامًا عن تلك الموجودة في الجهاز التنفسي البشري - فاخترع عينات أندرسون يصيد الجراثيم بواسطة تأثير، في حين تترسب الجراثيم في الجهاز التنفسي البشري عن طريق الترسيب بشكل رئيسي.

الجهاز التنفسي فعال للغاية في حبس الجزيئات المحمولة جواً ، مع عواقب وخيمة على الصحة في بعض الأحيان. الآليات المعنية تعتمد على حجم الجسيمات.

    الجسيمات الكبيرة (حوالي 10 ميكرومتر) لها كتلة كافية تأثير على الأسطح ، حتى عند سرعات الهواء المنخفضة. يتحررون من الهواء بينما يتدفقون حول العوائق. أثناء التنفس الطبيعي ، يكون تدفق الهواء في الأنف والقصبة الهوائية حوالي 100 سم في الثانية - وهو ما يكفي لحبوب اللقاح والجراثيم الفطرية الكبيرة ( النوباء ، إلخ) على الغشاء المخاطي ، حيث يمكن أن تسبب بشكل نموذجي أعراض حمى القش مثل التهاب الأنف والربو.

أين تتلاءم مسببات الأمراض البكتيرية والفيروسية في هذا المخطط؟

ترتبط التهابات البلعوم الأنفي بالفيروسات بقطرات عطس كبيرة تؤثر في الشعب الهوائية العلوية. تبدأ معظم الأمراض البكتيرية أيضًا في الشعب الهوائية العلوية ، عندما تنتقل البكتيريا في قطرات كبيرة أو على & amp ؛ حواجز & مثل الجلد التي تؤثر على الغشاء المخاطي. ومع ذلك ، فإن العدوى بها المتفطرة (مرض السل) و عصيات الجمرة الخبيثة (الجمرة الخبيثة) في الرئتين. هذه مسببات الأمراض شديدة الضراوة ، وحتى الخلايا المفردة أو الجراثيم (حوالي 3 ميكرومتر ل عصية) يمكن أن تبدأ العدوى بعد ترسبها في الحويصلات الهوائية.

PH جريجوري (1973) علم الأحياء الدقيقة للغلاف الجوي. الطبعة الثانية. ليونارد هيل ، ايلسبري

لاسي (1988) التشتت الجوي وتطور المجتمعات الميكروبية. ص 207 - 237 في: الكائنات الحية الدقيقة في العمل: المفاهيم والتطبيقات في علم البيئة الميكروبية (Eds JM Lynch & amp JE Hobbie). منشورات بلاكويل العلمية ، أكسفورد.

HA Burge (1985) مسببات الحساسية للفطريات. كلين. القس الحساسية 3, 319-329.

B Flannigan & amp JD Miller (1993) الآثار الصحية للفطريات في البيئات الداخلية - نظرة عامة. في الآثار الصحية للفطريات في البيئات الداخلية (محررون ، RA Samson ، B. Flannigan ، M.E. Flannigan and S. Gravesen) ، Elsevier ، Amsterdam.

B Flannigan، EM McCabe & amp F McGarry (1991) الكائنات الدقيقة المسببة للحساسية والسموم في المنازل. مجلة علم الجراثيم التطبيقي ملحق الندوة. 70، 61S-73S.

يمكن العثور على الكثير من المعلومات المفيدة من قسم الصحة والسلامة البيئية بجامعة مينيسوتا: الفطريات في المباني (وليس على هذا الخادم)

روابط مفيدة أخرى عبر علم الأحياء الهوائية الدولية (ليس على هذا الخادم)


شاهد الفيديو: دليلك لدراسة مواد الطب. مادة المايكروبيولوجي. مادة الأحياء الدقيقة. Microbiology (قد 2022).