توکسین‌های دریایی و بیوتروریسم

از مهم‌ترین توکسین‌های دریایی که توانایی استفاده از آن‌ها در سلاح‌های بیولوژیکی وجود دارد، می‌توان به آناتوکسین، ساکسی‌توکسین و تترودوتوکسین اشاره کرد.

آناتوکسین‌ها

آناتوکسین‌ها گروهی از آلکالوئیدهای نوروتوکسیک هستند که توسط جنس‌هایی از سیانوباکتری‌ها شامل Anabaena،   Oscillatoria، Planeko-thrix، Microcystis، Cylindorsperum، Phormidium و Aphanizo-menon تولید می‌شوند. سیانوباکتری‌ها میکروارگانیسم های بسیار ساده و ابتدایی هستند و از طریق فتوسنتز فعالیت می‌کند. عموماً در آب‌های شور، بسیار شور و شیرین دیده می‌شوند. آناتوکسین‌ها بر اساس ساختار شیمیایی به سه دسته Anatoxin-a، Homo-anatoxin-a و Anatoxin-a(s) تقسیم می‌شوند (شکل شماره 1). Anatoxin-a، وزن مولکولی پایینی دارد (165گرم بر مول) و در تاریکی نسبتاً پایدار است، اما در محلول خالص، در غیاب رنگدانه‌ها در مقابل نور خورشید دچار تجزیه فتوشیمیایی می‌شود و تحت شرایط قلیایی به سرعت شکسته و تفکیک می‌گردد. Homo-anatoxin-a، با وزن مولکولی 179 گرم بر مول، هومولوگ Anatoxin-a محسوب می‌شود. Anatoxin- a(s)، به سرعت تحت تأثیر محلول‌های پایه‌ای تجزیه می‌شود، اما نسبتاً در شرایط اسیدی خنثی و پایدار است. این ترکیب در دمای بالایC˚40 غیرفعال می‌شود.

Anatoxin-a، ظرف مدت زمان چند دقیقه تا چند ساعت می‌تواند کشنده باشد، که این به نوع مصرف آن، میزان مصرفی و میزان غذای موجود در معده فرد بستگی دارد. نشانه‌های مسمومیت از طریق Anatoxin-a مشابه نشانه‌های مسمومیت با عامل اعصاب است و شامل لرزش ماهیچه، کاهش امکان حرکت، تنفس شکمی، یرقان، تشنج و مرگ است. این توکسین سبب کاهش شدید فشارخون و تپش قلب می‌شود. Anatoxin- a(s)، ضربان قلب را کاهش  داده و فشارخون شریانی را کم می‌کند که این به مرور بدتر می‌شود. این توکسین سبب ترشح زیاد بزاق در پستانداران می‌شود و نشانه‌های دیگری مانند اسهال، لرزش و تخلیه ترشحات بینی را نیز به همراه دارد. آناتوکسین‌ها می‌تواند از طریق استنشاق و تزریق وارد بدن شوند و چنانچه فرد در معرض غلظت بالای آن قرار گیرد امکان جذب از طریق پوست نیز ممکن است. پتانسیل استفاده از آناتوکسین‌ها به عنوان سلاح بیولوژیکی بسیار بالا است. آناتوکسین‌ها از لحاظ حرارتی ناپایدارند و توسط حرارت غیرفعال می‌شوند. آناتوکسین‌ها می‌توانند از طریق فروبردن، تزریق، استنشاق یا پوست آسیب‌دیده وارد بدن شوند. البته تاکنون هیچ گزارشی مبنی بر استفاده از این توکسین ها به عنوان سلاح‌های بیولوژیکی گزارش نشده است.

ساکسی‌توکسین‌ها(STX)

ساکسی‎توکسین و آنالوگ‌های آن به عنوان سموم‌های فلج‌کننده صدفی شناخته می‌شوند، که دارای اثرات نوروتوکسیک بسیار قوی‌ای هستند. ساکسی‌توکسین‌ها و آنالوگ‌های آن توسط دینوفلاژل‌های جنس Alexandrium، شامل A. tamarense و A. cantenella در آب‌های شور و شیرین تولید می‌شوند. همچنین انواع سیانوباکتری‌های رشته‌ای موجود در آب شیرین مانند Anabaena circinalis، Apha-nizomenon sp.، Aphanizomenon gracile، Cylindrospermopsis raci-borskii، Lyngbya wollei، STX تولید می‌کنند. شکوفایی و رشد این‌گونه‌های سمی می‌تواند منجر به مرگ توده عظیم ماهی‌ها، حیوانات بومی، احشام و آلوده شدن منابع آب شیرین شوند.  STXو 57 آنالوگ آن در توان باهم متفاوت هستند و به گروه‌های کوچک‌تر بر اساس وجود زنجیره‌های جانبی تقسیم می‌شوند. STX در آب، متانول و اتانول حل می‌شود، اما در سایر حلال‌های آلی حل نمی‌شود.

STX به عنوان یک توکسین نوروتوکسیک بسیار قوی مطرح است.  انسان با استفاده از تنها 1 میلی‌گرم از سم  خواهد مرد. STX  و مشتقاتش از عوامل سببی نوعی مسمومیت مرسوم در غذاهای دریایی به نام مسمومیت فلج‌کننده با صدف (PSP) هستند. شروع نشانه مسمومیت سریع و صرفاً عصبی است. قربانیان در طول 30 دقیقه پس از بلعیدن از سوزن سوزن شدن یا بی‌حسی اطراف لب خود آگاه می شوند. این بی‌حسی به تدریج تا صورت و گردن گسترش می‌یابد. سپس احساس خارش در نوک انگشتان، تب، حالت تهوع، استفراغ و اسهال نمایان می‌شود. در حادترین موارد طی مدت 24 ساعت پس از مصرف، ایست تنفسی به علت فلج شدن ماهیچه ایجاد می‌شود. زئوپلنکتون‌های آلوده با STX، انتقال‌دهنده سم به ماهی‌ها، صدف‌ها و دیگر موجودات آبزی هستند. انسان با خوردن غذای آلوده دریایی به صورت خام یا پخته دچار مسمومیت با این توکسین می‌شود.  STXبه عنوان یک عامل TZ (سلاح‌های شیمیایی) طبقه‌بندی می‌شود و به علت داشتن سمیت بالا، پتانسیل استفاده در سلاح‌های شیمیایی را داراست. این سم به راحتی در آب حل شده و قابل استنشاق و بلعیدن است. مطالعات نشان می‌دهد که می‌توان با آلوده کردن تجهیزات نظامی با ساکسی‌توکسین‌ها، از مرگ فوری قربانی اطمینان پیدا کرد. STX از سارین که یک گاز عصبی ممنوع است، بسیار سمی تر است و در دسته سلاح‌های بیولوژیکی طبقه‌بندی می‌شود.

تترودوتوکسین‌ها (TTX)

تترودوتوکسین، نوروتوکسیک توانمندی است که کانال‌های سدیم در غشاء سلولی نورون‌ها را مسدود می‌کند. TTX  اولین بار از ماهی پفی (بادکنکی) به صورت بلور کریستالی توسط یوکو در سال 1950 ایزوله شد. تترودوتوکسین‌ها در سایر موجودات دریایی مانند اختاپوس‌ها، ستارگان دریایی و خرچنگ‌ها نیز یافت شده است. TTX همچنین توسط باکتری ساکن روی نوعی اختاپوس (Blue-ringed Octopuses) نیز تولید می‌شود (شکل شماره 3). مرسوم‌ترین نوع باکتری که به تولید TTX می‌پردازد، باکتری ویبریو است. Vibrio alginolyticus شایع‌ترین گونه تولید کننده است. تترودوتوکسین ترکیبی با وزن مولکولی پایین، با ساختار قفسه ای منحصربه‌فرد است. این نوع سم بی‌بو و پایدار در برابر حرارت است، ولی درpH  سطوح بالاتر از 5/8 و پایین تر از 3 ناپایدار و بی‌اثر است.

TTX جزء سمی‌ترین مواد شناخته‌شده برای انسان است. اولین نشانه‌ها پس از گذشت 15 دقیقه تا چندین ساعت پس از بلعیدن غذای آلوده به TTX رخ می‌دهد. نشانه‌های اولیه شامل خواب‌رفتگی لب و زبان است که به ناحیه صورت انتقال می‌یابد. افزایش بزاق، حالت تهوع، استفراغ و اسهال همراه با درد شکمی به سرعت گسترش می‌یابد. اختلال در اعضای حرکتی، ضعف عضلانی، کاهش حجم هوای تنفسی و دشواری در تکلم بلافاصله نمایان می‌شوند و فلج شدن با سرعت بالا، در بازه زمانی 4 تا 24 ساعت به وقوع می‌پیوندد. سرانجام افت شدید فشارخون، بی‌نظمی ضربان قلب و اختلال در سیستم عصب مرکزی منجر به اختلال قلبی می‌شود (مانند حالت کما) و حمله ایجاد می‌شود. احتمال دارد بیمارانی که دچار مسمومیت شدید می‌شوند به حالت کمای عمیق فرو بروند. TTX ممکن است از طریق تماس پوستی، جذب پوستی، تماس با چشم، استنشاق و بلعیدن نمایان شود و به طور معمول مرگ از طریق فلج عضلات تنفسی و نارسایی تنفسی به وجود می‌آید. گزارشی درباره استفاده از TTX به عنوان یک سلاح بیولوژیکی وجود ندارد اما به دلیل درجه سمیت زیاد، پتانسیلش برای استفاده در قالب یک سلاح بیولوژیکی قابل اغماض نیست.

 

بیوسنسورهای میکروبی و آلودگی‌های محیطی

بیوسنسورها در حوزه‌های مختلفی بكار مي روند و كاربرد آن‌ها در پايش محیط‌زیست، داراي منافع بسياري است. ابزارهاي ویژه‌ای براي شناسايي آلاینده‌های خاصي كه در محيط وجود دارند، طراحی‌شده‌اند. به عنوان مثال آزمايشات آنزيمي مقرون به صرفه ویژه‌ای وجود دارند كه می‌توانند آلودگي به آفت‌کش‌ها در آب را شناسايي نمايند. آنزیم‌ها پركاربردترين عناصر حسگر زيستي در ساخت بیوسنسورها می‌باشند. اما كاربرد آن‌ها در ساخت بیوسنسورها می‌تواند در اثر خالص‌سازی خسته‌کننده، وقت‌گیر و پرهزينه، نياز به آنزیم‌های متعدد براي ايجاد محصول قابل اندازه‌گیری يا نياز به کوفاکتور و كوآنزيم، محدود پيشرفت در فناوري‌هاي بيولوژيكي مولكولي DNA نوتركيب، احتمال‌های بی‌پایانی را براي متناسب‌سازی میکروارگانیسم‌ها جهت بهبود فعاليت يك آنزيم موجود يا بيان آنزيم / پروتئين خارجي در سلول ميزبان گشوده است همگي اين ویژگی‌ها میکروب‌ها را به عناصر فوق‌العاده‌اي براي سنجش زيستي تبديل می‌سازند

گردد. ميكروارگانيسم ها جايگزين ايده آلي براي اين معايب تلقي می‌گردند.

برخي از بیوسنسور‌های مهم كه در پايش آلودگي محيط زيستي به كار مي روند عبارت‌اند از:

a) Gas biosensors: به منظور شناسايي گازهايي چون دي اكسيد گوگرد، متان، دي اكسيد كربن و غيره، استفاده می‌شوند. بیوسنسور‌های مبتني بر تيوباسيلوس می‌توانند آلاينده دي اكسيد گوگرد را شناسايي نمايند درحالی‌که متان می‌تواند از طريق متالوموناس ایموبلیز (بی‌تحرک) شده شناسايي گردد. همچنین از سويه خاصي از سودوموناس براي پايش سطوح دي اكسيد كربن استفاده می‌شود.

 

(b) Immunoassay biosensors: ایمونو الكترودها به عنوان بیوسنسور‌هایی براي شناسايي غلظت‌های پایین آلاینده‌ها به كار مي‌روند. پادتن‌های ويژه آفت كش می‌توانند حضور غلظت‌های پایین تري‌آزين ها، مالاتيون و کربوهیدرات‌ها را با استفاده از روش‌هایImmunoassay  شناسايي نمايند.

 

(c) BOD biosensor:  از BOD (نياز اكسيژن زيستي) به شكل گسترده‌ای براي شناسايي سطوح آلودگي ارگانيك استفاده می‌شود. اين آزمايش مستلزم 5 روز كمون است، اما يك بیوسنسور BOD با استفاده از مخمر Trichosporon cutaneum با ردياب اكسيژن، تنها 15 دقيقه زمان براي شناسايي آلودگي ارگانيك صرف می‌کند.

 

(d) بیوسنسورهای متفرقه: يك الكترود گرافيتی با Cynobacterium  و Synechococcus  براي اندازه‌گیری مقدار مهاری انتقال الكترون در طول فتوسنتز ناشي از آلاینده‌های خاصي چون علف‌کش‌ها توسعه یافته است. براي شناسايي فنول، آنزيم اكسيداز فنول كه از سیب‌زمینی و قارچ به دست آمده است، به عنوان يك حسگر زيستي به كار مي رود. بیوسنسورهایی براي شناسايي باي فنیل‌ها (PCBs) و هیدروکربن‌های کلر دار و برخي ديگر از تركيبات ارگانيك معين نيز توسعه‌یافته‌اند. بیوسنسورهایی كه از استيل كولين استراز استفاده می‌کنند، می‌توان از RBC گاو به دست آيند و براي شناسايي تركيبات ارگانوفسفر در آب مورد استفاده قرار گيرند

مایکوتوکسین ها با پتانسیل بیوتروریسم

 توکسین T-2  (باران زرد) يكي از سمی‌ترین توكسين های خانواده تريكوتسين ها محسوب می‌شوند که تصور می‌شود در سال 1980 به عنوان سلاح شيميايي در آسياي جنوب شرقي به‌کاررفته است. همچنین مشخص شده است كه آفلاتوكسين ها(Cancer Bombs) از سوي كشور عراق به عنوان سلاح شيميايي به كار رفته اند. کاربرد سلاح‌های بیولوژیکی به دلیل اثرات زیاد و کاربرد مخفیانه در آينده رو به افزایش است و شناخت مکانیسم‌های زمینه‌ساز مسمومیت‌زایی آن‌ها، اولين گام در ايجاد مواد دارويي علیه آن‌ها  است. توکسین ها در دو دسته‌بندی گسترده قرار می‌گیرند: (a) سموم عصبي، كه به كاركرد سيستم عصبي تأثير می‌گذارند و اثر آن‌ها اغلب موقت و يا قابل‌برگشت است. (b) سموم تخریب‌کننده غشاء كه بافت‌ها و اندام‌ها را به شكل مستقيم يا غیرمستقیم از طريق آزادسازی واسطه‌های ثانوي تخريب نموده يا به آن آسيب وارد می‌سازد. اثرات سموم تخریب‌کننده غشاء اغلب غیرقابل‌برگشت است. كاربرد بالقوه توکسین های  قارچي به عنوان سلاح بسيار جدي تلقي می‌شود زيرا ممكن است از سوي دولت‌ها يا گروه‌های كوچكي از افراد مورد استفاده قرار گيرند.

تی-2 توکسین

رايج ترين تريكوتسين، سمT-2  است كه مسئول بيماري مسموميت غذايي آلئوكيا است. يك مورد شديد شيوع اين مسموميت طي سال‌های 47-1942به وقوع پيوست. اين بيماري  با علائمی چون خونريزي، استفراغ و اسهال كه همگي مربوط به ايجاد صدمه در سیستم‌های غشاء مخاطي است، همراه است و مربوط به مصرف غلات کپک‌زده آلوده به Fusarium sporotrichioides و Fusarium poaeمی‌باشد.  T-2 توکسین به عنوان يك آلايندة غیرقابل اجتناب در گندم، جو، جوي دوسر، ذرت و خوراك جانوران شناخته شده است. سه نوع از مهم‌ترین مايكوتوكسين ها يعني آفلاتوكسين، اكراتوكسين و توكسين T-2داراي اثر بازدارندگي بر روي سيستم ايمني بدن هستند، اما نحوه تأثیر هر يك از آن‌ها بر روي اين سيستم ايمني متفاوت است. هر سه نوع توكسين از بيوسنتز پروتئين جلوگيري می‌نماید، آفلاتوكسين با جلوگيري از نسخه‌برداری، اكراتوكسين با جلوگيري از فعاليت فنيل آلانينtRNA  سنتتاز و توكسين T-2از طريق اتصال با نقاط خاص موجود بر روي ريبوزوم موجب ممانعت از ترجمه اطلاعات و سنتز پروتئين می‌گردد. يكي از نتايج اين نحوه عملكرد خاص اين است كه مخلوط‌های اين مايكوتوكسين ها احتمالاً از نظر فعاليت حالت سينرژيستي دارند و اين مسئله به صورت آزمايشي در مورد آفلاتوكسين و توكسينT-2  نشان داده شده است.  در طیور T-2 توکسین سبب بروز زخم در کناره‌های دهان، روی کام سخت، در مجاورت منقار، شکاف سقف دهان و روی سطح پشتی زبان می‌شود. تريكوتسين ها بر اساس ویژگی‌های ساختاري در چهار دسته (A-D) گروه‌بندی می‌شوند. تريكوتسين ها در آب، نسبتاً غیرقابل حل هستند اما در حلال‌های ارگانيك، مانند استون، اتيل استات، كلروفرم و دي متيل سولفوكسيد، بسيار قابل حل هستند، اما در اثر حضور باکتری‌ها و قارچ‌ها تجزيه می‌شوند. تريكوتسين ها در اثر اتوكلاو، غیرفعال نمی‌شوند اما در اثر شرايط شديداً اسيدي يا قليايي و در اثر گرمايش در دماي C˚482 به مدت 10 دقيقه يا دمايC˚260 به مدت 30 دقيقه، غیرفعال می‌گردند. توکسین T-2 به دليل خواص ضد فردي، سهولت توليد در مقياس وسيع و انتقال اثبات‌شده از طريق سیستم‌های مختلف توزيع هوايي، پتانسيل فوق‌العاده اي براي تبديل شدن به یک سلاح بیولوژیکی، از خود نشان می‌دهد. بر خلاف اغلب سموم بيولوژيكي كه بر پوست تاثیری نمی‌گذارند، توکسین T-2 يك محرك پوستي فعال قوي است. به علاوه ، تنها سلاح زيستي بالقوه اي است كه می‌تواند از طريق پوست سالم جذب گرديده باعث مسموميت سميتي می‌گردد. توکسین T-2 از طريق غذا يا منابع آب و همچنين از طريق قطره‌ها، ذرات، ريزدانه و تسليحات انفجاري انتقال می‌یابد. اين خصوصیات سبب می‌شوند، مايكوتوكسين T-2 به يك سلاح بيولوژيكي بالقوه ارزشمند تبديل گردد.  از توکسین T-2 در طول نبردهاي نظامي در لائوس (81-1975)،  كامبوج (81-1979) و افغانستان (81-1979) استفاده شده است و حوادث مرگبار و غير مرگباري را بجای گذاشته است. بيش از 6300 تلفات جاني در لائوس ، 1000 مورد در كامبوج و 3000 مورد در افغانستان به مواجهه با باران زرد نسبت داده شده است. توکسین T-2 در مواد غذایی مصرفی در اکثر کشورها دیده می‌شوند. کارهای اندکی در جهت شناسایی این توکسین در ایران انجام شده است.

آفلاتوکسین ها

آفلاتوكسين ها، گروهي از متابوليت هاي ثانوي بسيار سمي هستند كه عمدتاً توسط قارچ‌های گونه آسپرژيلوس توليد می‌شوند. آفلاتوکسین ها می‌توانند سرطان زا، جهش زا و سرکوب‌کننده سیستم ایمنی باشند. این توکسین ها توسط آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC)  به عنوان کارسینوژن انسانی طبقه‌بندی شده‌اند. آفلاتوکسین ها از طریق خوردن یا استنشاق وارد بدن شده و با عبور از روده کوچک جذب خون می‌شوند. در بافت‌های مختلف بدن از جمله کبد، ریه، کلیه، سیستم ایمنی، تناسلی، عصبی و گوارشی تجمع پیدا می‌کنند که در این بین بیش از همه در کبد تغلیظ می‌شوند. آفلاتوکسین ها در غلات، دانه‌های روغني، انواع بادام، پسته، ادویه‌جات و شير يافت می‌شوند. 18 نوع متفاوت از آفلاتوكسين ها وجود دارند كه شایع‌ترین آن‌ها AFB1 ، AFB2 ، AFG1 و AFG2 هستند.. آفلاتوكسين ها در متانول، كلروفرم و استونيتريل قابل حلند. آفلاتوكسين ها در نور ماوراءبنفش شديداً درخشش دارند. AFB1 و AFB2 فلورسانس آبي توليد می‌کنند در حاليكه AFG1 و AFG2 فلوئورسانس سبز توليد می‌کنند

آفلاتوكسين ها، مسموم‌کننده ترين سموم قابل تبديل به سلاح بيولوژيكي نيستند و ارزش نظامي آن‌ها از سوي مراجع مختلفي زير سؤال برده شده است. اگر چه ساخت آن‌ها نسبتاً آسان است و می‌توان از آن‌ها براي الزام نيروهاي دشمن براي كاربرد تجهيزات حفاظتي و در نتيجه كاهش بازدهي نبرد آنان بهره گرفت.

 

نقش آهن در تغذيه نيروهاي نظامي

بدن انسان بالغ حاوي 2 منبع عمده آهن است: 1. آهن عملكردي در ميوگلوبين، هموگلوبين و آنزیم‌ها 2. آهن ذخيره در فريتين، هموسيدرين و ترانسفرين. كل آهن بدن مردان بزرگسال سالم حدود 6/3 گرم و زنان 4/2 گرم است. آهن به خوبي توسط بدن نگهداري می‌شود به طوري كه حدود 90% آن بازيافت می‌شود. براي تأمين تعادل آهن و جبران 10% دفع شده، بايد آهن از طريق غذا در دسترس باشد تا كمبود آهن صورت نگيرد. آهن نقش حياتي در فعاليت عضلات دارد و به عنوان بخشي از هموگلوبين باعث انتقال اكسيژن از ريه به بافت‌ها می‌گردد. آهن در ميوگلوبين عضله به عنوان گيرنده اكسيژن عمل می‌کند تا منبعي از اكسيژن در دسترس را براي مصرف ميتوكندري ها فراهم نماید. آهن به عنوان جزئی از سیتوکروم، برای تولید ATP  مورد نیاز است. بنابراين در كمبود آهن و کم خوني ناشي از آن، انجام فعالیت‌ها و تمرین‌های استقامتي هوازي محدود می‌شود. انجام ورزش‌های سنگين مانند تمرينات پرسنل نظامي در پادگان‌ها باعث يك كاهش موقت در ميزان فريتين و هموگلوبين سرم می‌شود. از دست دادن آهن در عرق در حين ورزش‌های سنگين يكي از مواردي است كه می‌تواند باعث از دست دادن آهن در افراد نظامي گردد. از دست رفتن آهن از راه عرق در مردان بيشتر از زنان است. اين مسئله باعث شده تا RDA (میزان مجاز توصیه‌شده) آهن براي پرسنل در حين تمرينات mg  12در روز (برای مردان) تخمين زده شود تا اتلاف آهن از راه عرق را جبران نمايد. اندازه‌گیری فريتين سرم روشي مفيد براي ارزيابي ذخاير آهن افراد فعال مانند نظاميان است و جهت افزايش جذب در صورت وجود قطعي كمبود آهن، استفاده از مكمل آن به همراه ويتامينC  جهت افزایش جذب آهن مفيد می‌باشد. مواد غذایی شامل جگر، گوشت قرمز، ماهی، زرده تخم‌مرغ، سبزیجات دارای برگ‌های سبز تیره و پهن مثل اسفناج، حبوبات و میوه‌های خشک مخصوصاً زردآلو و دانه‌های روغنی بهترین منابع خوراکی حاوی آهن هستند. منابع غذایی حاوی ویتامین C،‌ اسیدسیتریک و اسید اسکوربیک مانند آب‌ پرتقال، انبه و طالبی، منابع حاوی اسید مالیک و اسید تارتاریک مثل هویج و سیب‌زمینی و محصولات تخمیری مثل سس سویا عوامل افزایش‌دهنده جذب آهن در بدن هستند.

منبع: یوسفی، الهه. زارعی، سعید. نقش آهن در تغذيه نيروهاي نظامي . فصلنامه ابن سینا، بهار و تابستان 1389، ص35-34

 

 

مهم‌ترین مایکوتوکسین های مورد استفاده در سلاح‌های بیولوژیک

از بين صدها توكسين بيولوژيكي شناخته‌شده در طبيعت فقط تعداد خيلي معدودي از آن‌ها به خاطر اینکه بايد به صورت آئروسل حمل شوند جهت توليد سلاح‌های بيولوژيكي مناسب هستند. استفاده از يك توكسين در ميدان جنگ و يا شهر بستگي به قدرت و راحتي توليد آن دارد . در جدول زیر مهم‌ترین مایکوتوکسین های مورد استفاده در صنعت داروسازی و سلاح‌های بیولوژیک اشاره شده است

مهم‌ترین مایکوتوکسین های مورد استفاده در صنعت داروسازی و سلاح‌های بیولوژیک

مایکوتوکسین	کاربرد دارویی	کاربرد نظامی
مایکوفنولیک اسید	+
آفلاتوکسین		+
آماتوکسین( آمانیتا )		+
پنی سیلین	+
تی-2 توکسین		+
پاتولین	+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

آفلاتوکسین ها

آفلاتوکسین ها گروهی از مایکوتوکسین ها هستند که می‌توانند سرطان زا، جهش زا و سرکوب‌کننده سیستم ایمنی باشند. این دسته از توکسین ها توسط آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC) به عنوان کارسینوژن انسانی طبقه‌بندی شده‌اند. آفلاتوکسین ها از طریق خوردن یا استنشاق وارد بدن شده و با عبور از روده کوچک جذب خون می‌شوند. در بافت‌های مختلف بدن از جمله کبد، ریه، کلیه، سیستم ایمنی، تناسلی، عصبی و گوارشی تجمع پیدا می‌کنند که در این بین بیش از همه در کبد تغلیظ می‌شوند، به طوری که غلظت این سم در کبد می‌تواند 10 برابر میزان آن در عضلات باشد. آفلاتوکسین ها توسط دو کپک آسپرژیلوس فلاووس و آسپرژیلوس پارازیتیکوستولید می‌شوند كه هر دو آن‌ها به خصوص در مناطق گرمسيري و نيمه گرمسيري پراكنده هستند.

  2-T توکسین

رایج‌ترین تريكوتسين، سمT-2  است كه مسئول بيماري مسموميت غذايي آلئوكيا است. بروز مسموميت غذايي آلئوكيا كه به عنوان آنژين عفوني و ميلوتوكسيكوز حاد نيز شناخته می‌شد، در شرايط قحطي در مناطق وسيعي از روسيه به وقوع پيوست. يك مورد شديد شيوع اين مسموميت طي ساله‌ای 47-1942 اتفاق افتاد. مطالعات نشان می دهند اين بيماري  با علائمی همچون خونريزي، استفراغ و اسهال همراه است که مربوط به ايجاد صدمه در سیستم‌های غشاء مخاطي به دلیل مصرف غلات کپک‌زده آلوده به فوزاریوم اسپوروتریکوئیدسو فوزاریوم پوآ می باشد. علاوه بر ايجاد اين علائم حاد، مشخص‌شده كه تريكوتسین ها بر روي سيستم ايمني بدن نیز تأثیر بازدارندگي دارند و بدون شك اين مسئله به حساسيت بيمار به عوامل عفوني نسبتاً كم اهميت نسبت داده می‌شود. در واقع برخي افراد قبل از اينكه در نتيجه اثرات مستقيم خود سم از پا درآيند در نتيجه عفونت‌های باکتریایی و ويروسي می‌میرند. بر خلاف آفلاتوكسين، سميت حاد توكسينT-2 به ميزان قابل‌توجهی در انواع مختلف گونه‌های حيواني يكسان است. آفلاتوكسين و توكسين  T-2داراي اثر بازدارندگي بر روي سيستم ايمني بدن هستند، اما نحوه تأثیر هر يك از آن‌ها بر روي اين سيستم ايمني متفاوت است. هر دو نوع توكسين از بيوسنتز پروتئين جلوگيري می کنند، آفلاتوكسين با جلوگيري از نسخه‌برداری و توكسين T-2از طريق اتصال با نقاط خاص موجود بر روي ريبوزوم موجب ممانعت از ترجمه اطلاعات و سنتز پروتئين می‌گردد. يكي از نتايج اين نحوه عملكرد خاص اين است كه مخلوط‌های اين مايكوتوكسين ها احتمالا از نظر فعاليت، حالت سينرژيستي دارند و اين مسئله به صورت آزمايشي در مورد آفلاتوكسين و توكسينT-2  نشان داده شده است. در طیور T-2 توکسین سبب بروز زخم در کناره‌های دهان، روی کام سخت، در مجاورت منقار، شکاف سقف دهان و روی سطح پشتی زبان می‌شود. حادثه مشكوك باران زرد در لائوس در آسياي جنوب شرقي در دهه ١٩٨٠ نشان‌دهنده خطرات T-2 توکسین به عنوان سلاح كشتار جمعي بيولوژيكي است. اين توكسين در شرايط محيطي خيلي پايدار بوده و اتوكلاو كردن براي غیرفعال سازي آن كفايت نمی‌کند. حرارت ٩٠٠ درجه فارنهايت به مدت ده دقيقه و ٥٠٠ درجه فارنهايت به مدت نيم ساعت آن را غیرفعال می‌سازد.

 

داکسی نیوالنول

داکسی نیوالنول متابولیت سمی با وزن مولکولی پایین از خانواده تريكوتسين ها است که توسط گونه های فوزاریومی مخصوصا  فوزاريوم گرامينئارم تولید می شود. داکسی نیوالنول به دلیل داشتن علائمی مثل تهوع و استفراغ تحت نام Vomitoxin نیز شناخته می شود و در یونجه، گندم، جو، ذرت، حبوبات و دیگر دانه ها در مزارع یا طی انبار سازی تولید می شود. وجود این سم در ذرت بو داده، ذرت خوشه ای، آرد، مالت و آبجو، بیسکوئیت، ماکارونی و غذای کودک شناسایی شده است. این توکسین کاملا در دمای 120 درجه سانتیگراد پایدار می ماند. این سم از عوامل ایجاد کننده بیماری ATA (آلوکیای سمی مواد غذایی) است. علائم این بیماری به صورت درد ناحیه شکم، ترشحات بزاقی، کاهش گلبول های سفید، کاهش گرانولوسیت ها و لکه های قرمز پوستی در سطح پوست مشخص می شود. این توکسین از عوامل مهار کننده سنتز پروتئین محسوب شده و تماس مکرر انسان با این سم سبب عوارض شدید مثل کاهش رشد، آسیب به تیموس، طحال، قلب و کبد  می شود.

جدول: ویژگی های فیزیکی- شیمیایی داکسی نیوالنول

ویژگی	اطلاعات
IUPAC نام	12,13-epoxy-3α,7α,15-trihydroxytrichothec-9-en-8on
فرمول مولکولی	H15O20O6
جرم مولی	296.32 g/mol
حالت فیزیکی	بی رنگ
نقطه جوش	543.9 ± 50.0 °C
نقطه ذوب	151–153 °C
قابل حل در	متانول، اتانول، کلروفرم، استو نیترات، اتیل استات و آب

 

وجود این سم در غلات و فرآورد های آسیاب شده در کشور های مختلف اثبات شده است. با توجه به اینکه، آردهای گندم از فرآوردهای پر مصرف در رژیم غذایی محسوب می شوند و در تهیه نان، غذای کودک، بیسکوئیت و شیرینی و ماکارونی کاربرد زیادی دارند، تعیین میزان این توکسین در مواد غذایی دارای اهمیت بالایی است. انجمن غذا و داروی ایالات متحده آمریکا میزان مجاز DON را در محصول پایانی گندم مورد استفاده در غذا های انسانی  PPM 1 و در جوی مصرفی حیوانات   PPM5 اعلام نموده است.

 

جدول: میزان مجاز توکسین DON براساس FDA

for finished wheat products for human consumption	1 ppm
for grain and grain byproducts destined for swine and other animals (except cattle and chickens); not to exceed 20% of diet for swine (40% for other animal species). (This equates to 1.0 ppm in the diets of swine and 2 ppm in the diets of other animals.)	5 ppm
for grain and grain byproducts for ruminating beef and feedlot cattle older than 4 months and for chicken; not to exceed 50% of diet. (This equates to 5ppm in the diet.)	10 ppm

 

باکتری های غول آسا

دو باکتری اپیولوپیسوم فیشلسونی در سال 1985 و تیومارگاریتا نامی بینسیس که در سال 1999 کشف شده اند، امروزه به عنوان باكتري هاي غول پيكر شناخته می شوند. اپیولوپیسوم فیشلسونی در سال 1985 توسط دانشمند اسرائيلي در روده ماهي جراح كشف شد. اين ماهي در درياي سرخ و آب هاي گرم زندگي مي‌كند. معني نام باکتری نیز مهمان ‌شدن در يك ماهي است. اين باكتري يكي از بزرگترين باكتري هاست و به صورت همزيست در رودة ماهي زندگي مي‌كند.

اپیولوپیسوم فیشلسونی گرم مثبت، ميله‌اي، متحرک، هتروتروف با درصد پایینC+G است و باید درمحيط غني از مواد غذايي زندگي کند. این باکتری با قطر 80 و طول 500-200 (mm5/0) يك ميليون بار بزرگتر از اشرشیا کولای است. اين باكتري از انتشار براي انتقال غذا به داخل سلول هايش استفاده مي‌كند و از همين راه هم كار دفع را انجام مي‌دهد. ساختار سیتوپلاسم، ديواره سلولي و فلاژله در آن ديده مي‌شود و اين باكتري را در ميان كلستریديوم‌ها قرار مي‌دهند. سيكل زندگي روزانة اين باكتري با فعاليت ماهي جراح منطبق مي‌شود. سلول هاي باکتری جدا شده از رودة ماهي جراح فشرده و نوكلئوتيد‌هاي مارپيچي دارند. در صبح زود، نوكلئوتيد ها متراكم، گرد و نزديك به هم هستند و در طول روز اين نوكلئوتيد ها طويل مي‌شوند و در تمام مدت طول روز، طول متوسط سلول ها با نوكلئوتيد ها افزايش مي‌يابد و درصد بزرگي از حجم سلولي اصلي را مي‌سازد. در بعد ازظهر و غروب نوكلئوتيد ها به بیشترین مقدار خودشان تقريباً 75-50% از طول سلول هاي اصلي مي‌رسند و در غروب سلول هاي دختر از سلول هاي والدي آزاد مي‌شوند كه در اثر تخريب سلول هاي والدي است. در طول روز وقتي نوكلئوتيد ها طويل مي‌شوند و باكتري تقريباً به سايز كاملش مي‌رسد ماهي جراح به حداكثر فعاليت خودش می رسد (يعني روده‌اش را با مواد غذايي جلبكي پر مي‌كند). سلول هاي باكتري در شب كوچكتر و فاقد سلول هاي دختري است و اندازه سلول باكتري كاهش مي‌يابد. متابوليسم باکتری در طول روز باعث مي‌شود pH روده كم شود ودر طول شب وقتي ماهي در پناهگاه يا صخره‌اي استراحت مي‌كند، اندازة سلول باكتري كاهش مي‌يابد. باكتري pH رودة ميزبان را در طول روز وشب تنظيم مي‌كند و به هضم غذاي مصرف شدة ماهي كمك مي‌كند.

تیومارگاریتا نامی بینسیس  در سال 1999 در جزيره  نامیبین در آفريقا كشف شد. پهناي اين باكتري 750-100 است و با چشم غيرمسلح ديده مي‌شود. اين باكتري در رسوبات غني از سولفور در كف اقيانوس (آب هاي گرم) يافت مي‌شود و به وسيله اكسيداسيون سولفور كار سم‌زدايي را بوسيلة برداشتن گازهاي سمي از آب انجام مي‌دهد. اين باكتري 8% از حجم رسوبات چنين درياهايي را شامل مي‌شود و يك جنس جديد در بين باكتري هاي سولفوري است. اين باكتري نسبتاً گرد است و سلول هايش به شكل زنجيره‌اي قرار گرفته اند. اگر يك باكتري معمولي مثل اشرشیا کولای اندازة يك موش نوزاد باشد، اپیولوپیسوم فیشلسونی به اندازة يك شير است و تیومارگاریتا نامی بینسیس  به اندازة يك وال آبي است. علت سايز بزرگ اين باكتري وجود يك محفظة پر از مايع (واكوئل) است که 98% از فضای داخلی باكتري را تشكيل مي‌دهد اين واكوئل مقدار زيادي از نيترات را نگه مي‌دارد و جهت اكسيداسيون سولفور و بدست‌آوردن انرژي استفاده مي‌كند. نيترات مي‌تواند به عنوان پذيرندة الكترون در تنفس نيتراتي استفاده شود. غلظت نيترات در سلول اين باكتري بيشتر از نيترات در محيط آب دريا است. به دليل وجود گرانول‌هاي سولفوري كه اين باكتري ها در درون خودشان ذخيره مي‌كنند بصورت سفيد، سبز و آبي مي‌درخشند و نور را منعكس مي‌كنند و به شكل مرواريد به نظر مي‌رسند و به همين دليل هم نام تیومارگاریتا را روی آن گذاشتند. اين باكتري در شرايط كمبود اکسیژن يا فاقد اکسیژن مي تواند نيترات را به سولفيد اكسيد كند و اين كار را به علت توانايي‌اش براي ذخيرة سولفور و نيترات انجام مي‌دهد.

 

ستون وینوگراوسکی

روش های مختلفی جهت شناسایی و مطالعه میکروارگانیسم های محیط وجود دارد. یکی از این روش های مهم و کارآمد ستون وینوگراوسکی است. ستون وینوگراوسکی اکوسیستم کوچک و کاملی است که جهت مطالعه اکولوژی میکروارگانیسم ها به کار گرفته می شود و به نام کاشف آن سرجی وینوگراوسکی معروف است. یکی از مهمترین کاربردهای این ستون این است که نشان می دهد چگونه میکروارگانیسم های مختلف یک اکوسیستم با هم ارتباط داشته و زمینه رشد و نمو همدیگر را مهیا یا مهار کنند. به عبارتی در نتیجه فعالیت یک میکروارگانیسم رشد دیگر میکروارگانیسم ها تحریک شده یا متوقف می شود.

میکروارگانیسم های مختلفی که در نمونه وجود دارند جهت رشد و نمو خود نیاز به شرایطی دارند که برای برخی از آنها شرایط مورد نیاز وجود داشته ولی برای برخی دیگر خصوصیات اولیه موجود شرایط مورد نیاز را مهیا نمی کنند. این شرایط مورد نیازشان در نتیجه رشد و نمو و نهایتاً فعالیت متابولیسمی گروهی از میکروارگانیسم ها که شرایط رشد آنها مهیا است، ایجاد می گردد. آنچه که در این ستون بایستی به آن توجه شود چگونگی ایجاد این شرایط یا وجود ارتباط بین میکروارگانیسم ها است.

ساختمان ستون وینوگراوسکی

در طبیعت بین میکروارگانیسم ها روابط مختلفی وجود دارد که به حالت های مختلفی یافت می شود. در ستون وینوگراوسکی می توان این روابط را مشاهده نمود جهت این امر نیاز است که شرایط خاصی در این ستون وجود داشته باشد که نیازمندی های رشد میکروارگانیسم ها را مهیا کند. نکته بسیار مهم و بسیار حائز اهمیت در این ستون، استفاده از آن جهت شناسایی یا ایزولاسیون باکتری خاصی از یک اکوسیستم است که در این مورد یکی از خصوصیات اصلی و بارز این میکروارگانیسم را در نظر گرفته و ستون وینوگراوسکی را براساس آن می سازیم. به عنوان مثال چنانچه هدف ایزولاسیون باکتری های دارای آنزیم پکتیناز باشد مواد دارای پکتین مانند کاه، ریشه درختان، برگ، گوشت، تخم مرغ و.... را به آن اضافه می کنیم و یا چنانچه هدف ایزولاسیون باکتری های دارای سلولز باشد به ستون به عنوان منبع کربن، تکه های کاغذ اضافه می شود.

جهت ساختن ستون وینوگراوسکی مواد و وسایل زیر لازم است:

1. شیشه یک لیتری پلاستیکی

2. نمونه: نمونه انتخابی متفاوت بوده ممکن است خاک، لجن (باتلاقهای آب شیرین و شور، لجن دریاچه) و یا آب هر منبعی مثل رود، دریاچه، برکه یا فاضلاب باشد. به عبارت دیگر در هر کدام از نمونه های گفته شده می توان اکولوژی میکروارگانیسم ها و با وجود یک میکروارگانیسم خاص را بررسی نمود.

3. منبع کربن: یکی از اجزای بسیار مهم در ستون وینوگراوسکی افزودن موادی به عنوان منبع کربن است، تا کربن مورد احتیاج برای رشد میکروارگانیسم ها مهیا شود. چنانچه میکروارگانیسم ها به منبع کربن دسترسی داشته باشند آنها را از محیط گرفته سریعاً تکثیر می شوند و خود را بهتر و زودتر در محیط نشان می دهند.

از مواد مختلفی همچون مواد گیاهی مانند علف خشک خرد شده، چمن خرد شده، روزنامه تکه تکه شده، خاک اره و دانه های نشاسته می توان به این منظور استفاده نمود. این مواد کربن را آهسته آزاد می کنند. جهت انتشار سریع کربن می توان از کربنات سدیم، بی کربنات سدیم و یا کربنات کلسیم استفاده نمود.

4. منبع گوگرد: جهت این کار می توان از گوگرد عنصری، سولفات منیزیم، تخم خام یا پخته (زرده تخم) و یا پنیر استفاده نمود.

5. روکش پلاستیکی و نوار پلاستیکی

ترتیب لایه های مختلف ستون وینوگراوسکی

1. در ناحیه هوازی و اکسیژن دار بالای ستون چند گروه میکروارگانیسم وجود داشته و لایه مجزای تشکیل می دهند. مهمترین این میکروارگانیسم ها عبارتند از:

الف). جلبک ها که با ایجاد لایه سبز رنگ به واسطه عمل فتوسنتز و تکثیر آنها مشخص می شوند.

ب). سیانوباکترها یا جلبک های سبز – آبی که همانند گیاهان قادر به انجام عمل فتوسنتز هستند. اعتقاد بر این است که کلروپلاست گیاهان از منشاء سیانوباکترها است و به عبارتی کلروپلاست در نتیجه زندگی همزیستی بین سیانوباکترها و سلول های گیاهی ایجاد شده است.

ج). باکتری های غلافدار که هوازی بوده و با اکسیداسیون مواد آلی فرعی رشد و نمو می نمایند.

د). باکتری های اکسید کننده گوگرد، این گروه از باکتری ها در هر جا که H₂S به همراه اکسیژن وجود داشته باشد قادرند از H₂S به عنوان منبع انرژی و از CO₂ به عنوان منبع کربن استفاده نموده به عبارتی شیمیواتوتروف یا شیمیوسنتیک هستند.

2. بعد از لایه هوازی و قبل از لایه مربوط به باکتری های گوگردی فتوسنتز کننده در ستون آب، گروهی از باکتری های غیرگوگردی فتوسنتز کننده مثل رودوسووموناس، رودواسپریلیوم و رودومیکروبیوم فعالیت نموده و تشکیل لایه می دهند.

 این باکتری ها شامل باکتریهای غیرگوگردی بنفش بوده زیادی آنها به رنگ قرمز روشن دیده می شود. این باکتری ها در شرایط بی هوازی زندگی نموده و انرژی خود را از واکنش های نوری با استفاده از اسیدهای آلی به عنوان منبع کربن ایجاد می نمایند.

اسیدهای آلی که آنها به کار می برند از تخمیر محصولات باکتری های بی هوازی لایه های زیرین همانند کلستریدیوم ها است. باکتری های غیرگوگردی ارغوانی به دلیل عدم تحمل غلظت زیاد H₂S در بالای ناحیه ای که باکتری های گوگردی بنفش – سبز هستند، مشاهده می شوند و به آنها فتوهتروتروف گویند.

3. لایه بعدی در ستون وینوگراوسکی مربوط به باکتری های گوگردی سبز – بنفش می باشد که باکتریهای بی هوازی فتوسنتز کننده هستند. این باکتری ها جهت عمل فتوسنتز به H₂S نیاز دارند این H₂S از رسوبات عمقی به سطوح بالاتر آمده در اختیار آنها قرار می گیرد. این گروه از باکتری ها معمولاً به دو دسته رنگی باریک در بالای قسمت رسوبات دیده می شوند که از بالا به پایین ابتدا باکتری های گوگردی بنفش و سپس باکتری های گوگردی سبز قرار می گیرند. این باکتری ها انرژی از نور خورشید و کربن را از CO₂ می گیرند و فرق آنها با گیاهان در منبع الکترون احیاء کننده CO₂ است. بنابراین در طی فتوسنتز خود هیچ گاه اکسیژن ایجاد نمی کنند.

4. لایه مربوط به باکتری های احیاء کننده سولفات مانند دسولفوویبریو، این گروه از باکتری های فضای بی هوازی و عاری از اکسیژن، از سولفات به عنوان پذیرنده الکترون استفاده نموده و با تنفس سولفاتی که انجام می دهند، H₂S ایجاد می کنند و آن را به لایه بالاتر خود فرستاده و در اختیار باکتری های گوگردی سبز – بنفش فتوسنتز کننده قرار می دهند. برخی از H₂S ایجاد شده با آهن موجود در رسوب، واکنش داده و فروسولفید سیاه رنگی را ایجاد می کنند.

5. در لایه عمقی و ته رسوبات ستون وینوگراوسکی بعضی از انواع باکتری های مانند کلستریدیوم ها وقتی که رسوبات عاری از اکسیژن شد رشد و نمو نموده و فعالیت های تخمیری از خود نشان داده که منجر به تجزیه تخمیری مواد موجود در رسوبات من جمله سلولز شده و آن را به منومرهای خود یعنی گلوکز تبدیل می نماید. سپس مقداری از گلوکز را تخمیر نموده انرژی مورد نیاز خود را ایجاد می نماید و مقدار دیگر گلوکز در اختیار سایرین به خصوص هتروتروف های لایه های دیگر قرار می دهند. در نتیجه تخمیر گلوکز توسط آن ترکیبات آلی مانند اتانول، اسیداستیک، سولسینیک اسید و ... به عنوان محصولات تخمیری ایجاد می شود.

 

 

 

سیانو باکتری ها

در دوران كامبرین و میلیون ها سال پس از آن، حیات فقط در دریا ها وجود داشت چون اشعه ماورای بنفش خورشید زندگی را در خشكی ها ناامن كرده بود ولی این مشكل با پیدایش سیانو باكتری ها^[1]2 حل شد. اكسیژنی كه توسط سیانو باكتری ها تولید می شود پس از برخورد به اشعه ماورای بنفش به مولكول اوزون تبدیل می شود و كم كم لایه اوزون را به وجود آورد. بدین صورت امكان زندگی در خشكی برای جانوران محیا شد و به مرور زمان گونه های مختلفی از جانوران و گیاهان زندگی خود را بر سطح خشكی آغاز كردند. سیانو باكتری‌ها نخستین سلول‌های فتوسنتزكننده بوده‌اند. استروماتولیت‌ها گواهی بر این ادعا هستند.
استروماتولیت‌ها ساختارهایی گنبدی شكل هستند كه در آن‌ها سیانوباكتری‌ها جای دارند. قدمت آن‌ها، به بیش از 3 میلیارد سال می‌رسد.

ویژگی های عمومی سیانو باکتری ها

سیانو باکتری ها بسیار کوچک هستند و از چند میکرون بیشتر تجاوز نمی کند. توليد مثل جنسي ندارند و تنها به روش غيرجنسي و تقسیم دوتایی تكثير مي‌شوند و در برخی موارد با تشکیل هورموگونیوم (اسیلاتوریا) نیز تکثیر می شوند. دارای کلروفیلa  بوده و فتواتوتروف هستند.

در کنار کلروفیل a دارای رنگیزه های کمکی دیگری  به نام های فیکوسیانین، آلوفیکوسیانین و فیکواریترین می باشند. در سیتوپلاسم این باکتری ها اجزای فتوسنتز کننده موسوم به تیلاکوئید وجود دارند که در سطح آنها ذرات حاوی رنگدانه یافت می شوند. سیتوپلاسم در سیانوباکترها شامل سیتوپلاسم درونی و بیرونی است. دارای سلول های تثبیت کننده ازت ( هتروسیست) و یک نوع سلول دیگر به نام اکینت (سلولهای مقاوم تولید مثلی) هستند. سیانوباکتری ها را بیشتر در اقیانوس ها می توان یافت اما آنها در آب های شیرین دریاچه ها و نیز در مناطق خشک و لم یزرع هم رشد می کنند. در واقع می توان گفت در هر جایی که تصورش را کنید، دیده می شوند. تعداد کمی از گونه های این جلبک در داخل گلسنگ ها، گیاهان، انواع تک یاخته ها و اسفنج ها رشد می کنند و به میزبان خود، انرژی می رسانند. سیانوباکتری ها از لحاظ تولید اکسیژن در آب های شیرین و شور و همچنین از لحاظ تثبیت نیتروژن هوا، به ویژه در آب های کم نیتروژن اهمیت زیادی دارند. نیتروژن حاصل از فعالیت سیانوباکتری ها نقش مهمی در چرخه پروتئین سازی اکوسیستم ها دارد. سیانوباکتری ها در محیط هایی با pH خنثی و قلیائی رشد می کنند و در محیط هایی با pH اسیدی رشد محدود دارند بنابراین سیانوباکتری ها را کمتر می توان در اطراف چشمه های آب معدنی گوگرد دار مشاهده کرد. آنها می توانند شوری را تحمل نمایند و در دریاچه های آب شور نیز مشاهده می شوند.

جلبک های سبز-آبی یا همان سیانوباکتری ها سه تیپ سلول دارند:

·        سلول های رویشی          

·        سلول های هتروسیست    

·        اسپورها

اگر اکسیژن محیط زیاد باشد، تثبیت نیتروژن درون سلول های اختصاص یافـته ای به نام هتروسـیست انجام می شود ولی در غیاب اکسیژن نیز سلول های رویشی معمولی هم ممکن است نیتروژن را تثبیت کنند. آنزیم نیتروژناز تثبیت نیتروژن را سریع تر کرده و می تواند استیلن را به اتیلن تبدیل کند و با استفاده از واکنش تبدیل استیلن به اتیلن می توان تثبیت نیتروژن توسط سیانوباکتری ها را تخمین زد.

سه دسته از جلبک‌های سبز- آبی قادرند ازت گازی را تثبیت ‌کنند و بنابراین به منابع نیتروژن غیروابسته هستند.

گروه اول: جلبک‌های ریسه‏ای دارای هتروسیت مانند نوستوک، آنابنا، آنابنوپسیس، سیلیندروسپرموم، کالوتریکس و سیتونما هستند. این گونه‏ها قادر به تثبیت ازت گازی هستند. در محیط فاقد نیتروژن معدنی هتروسیست‏ها رشد کرده و از ازت گازی استفاده می‌کنند. هتروسیست‏ها سلولهای بزرگ توخالی حاوی تیلاکوئیدهای لایه‏ای و دایره‏ای شکل با سیتوپلاسم متراکم و همگن هستند که دارای کاروتنوئید بیشتر و کلروفیل و فیکوبیلین کمتری می‏باشند و به رنگ زرد مشاهده می‏شوند. به دلیل نبود فیکوبیلین‏ها و کلروفیل a تثبیت CO₂ یا تولید O₂ در هتروسیست‏ها وجود ندارد. در این ساختارها تیلاکوئیدها به هم فشرده بوده، حاوی گلیکولیپید و آسیل لیپید هستند و در آنها میکروپلاسمودسم نیز یافت می‏شود که موجب انتقال آمونیوم تثبیت شده به صورت گلوتامین از هتروسیست‏ها به سلول‌های مجاور می‏شود. دیواره سلولی آنها شامل لایه لیفی بیرونی، لایه همگن میانی و لایه تیغه‏ای درونی است. ضخامت دو لایه اخیر در انتهای قطبی سلول بیشتر است. هتروسیست‏ها در جنس گلئوتریشیا موقعیت انتهایی، در جنس نوستوک و سیتونما موقعیت بینابینی و در جنس نوستوکوپسیس موقعیت جانبی دارند. در آنابنوپسیس این ساختارها حالت جفت جفت دارند. امروزه مشخص شده است که تثبیت نیتروژن تنها در فقدان اکسیژن آزاد صورت می گیرد و نقش هتروسیست‌ها کمک به ایجاد شرایط بی هوازی با استفاده از دیواره ضخیم آنها است.

گروه دوم: تک‏سلولی‏های بدون هتروسیست مانند گلئوکاسپا هستند که قادر به تثبیت ازت گازی هستند.مکانیسم حفاظت از اکسیژن برای جلوگیری از غیر فعال شدن آنزیم نیتروژناز در این گروه به میزان زیادی ناشناخته است. اما ممکن است غلاف ژلاتینی مانع از اثر اکسیژن بر آنزیم نیتروژناز شود.

گروه سوم: جلبک‌های سبز- آبی ریسه‌ای بدون هتروسیست مانند گونه پلکتونما بوریانوم هستند که در شرایط بی هوازی قادر به تثبیت ازت گازی می‏باشند.

بعضي از جلبك‎هاي سبز-‎ آبي سمومي(ميكروسيستين‎ها، نودولارين‎ها، ساكسي توكسين‎ها و آناتوكسين ‎a‎) توليد مي‎كنند كه وجود اين سموم و افزايش آنها در آب آشاميدني باعث ايجاد اثرات حاد و مزمن مي‎گردد و ممكن است حيات موجودات زندة آبزي و ديگر موجوداتي را كه از اين آب آلوده استفاده مي‎كنند تهديد كنند. فعاليت‎هاي انساني مانند ورود فاضلاب هاي شهري، صنعتي و كشاورزي كه حاوي عناصر غذايي فراواني هستند باعث شكوفايي اين جلبك‎ها مي‎گردد و در نتيجه اكسيژن آب كاهش مي‎يابد و آب رنگ و بوي نامطبوع پيدا مي‎كند و سبب افزايش مرگ و مير موجودات زنده و يا افزايش بيماريهاي حاد و مزمن مي‎شود. مديريت صحيح منابع آبي مي‎تواند از اين جلبك‎ها جلوگيري كند.

با ارزيابي اين سموم در منابع آبي و تعيين مقادير آنها و اتخاذ روش هاي مناسب براي مبارزه و كنترل آنها مي‎توان ميزان آلودگي منابع آبي به سموم سيانوباكترها را تا حد قابل ملاحظه‎اي كاهش داد و سلامت و بقاء موجودات زنده را تضمين كرد.

پژوهش‎ها و مطالعات فراواني در زمينة روش هاي كنترل اين سموم صورت گرفته است و اين روش ها تا حد قابل ملاحظه‎اي در كاهش سموم سيانوباكترها مؤثر واقع شده‎اند. اين روش ها عبارتند از كنترل يا مبارزة بيولوژيك و يا افزودن مواد شيميايي به منابع آب ،كلرزني، فيلتراسيون سريع يا كند.

چهار گونه نوستوک، آنابنا، اسیلاتوریا وسنیچوکوکوس مهمترین سیانوباکتری های آب و فاضلاب هستند.

                         

 

کفیر

تاریخچه کفیر به قرن ها پیش به چوپانان قفقاز بر میگردد. آن ها کشف کردند که شیر تازه ای که در کیسه های چرمی حمل می شوند به صورت یک نوشیدنی لذت بخش گازدار در می آیند، نام کفیر از زبان ترکی گرفته شده و قسمت اول این کلمه یعنی کف در زبان ترکی به معنی لذت بخش است که احتمالا طرز بیان چوپان هایی بوده است که از این محصول استفاده می کردند.

دانه های کفیر شبیه به گل گلم بوده و هر دانه ۳ تا ۲۰ میلی متر قطر دارند. دانه های کفیر خوشه هایی از میکروارگانیسم ها هستند که به وسیله یک شبکه پلی ساکارید به همراه سلول های متفرقه تشکیل شده است. عمده پلی ساکارید آن محلول در آب است که به آن کفیران می گویند.

تولید کفیر به روش سنتی و صنعتی انجام می شود:

فرآیند سنتی:

این روش با اضافه کردن مستقیم دانه کفیر به میزان ۲ تا ۱۰ درصد به شیری که پاستوریزه وسپس تا دمای ۲۰ تا ۳۰ درجه سانتیگراد خنک شده است، صورت می گیرد. بعد از طی زمان تخمیر (تقریباٌ ۲۴ ساعت ) دانه ها به وسیله صافی جدا شده و کفیر به دست آمده، آماده مصرف می شود. در روش سنتی به دلیل تولید در حجم کم و مراحل متعدد تولید، در هر مرحله خطر آلودگی وجود دارد.

فشار قوی گاز دی اکسید کربن نیز می تواند منجر به انفجار شود. با توجه به مشکلات فوق، زمان ماندگاری کفیر حاصل شده، از سه روز کمتر خواهد بود.

فرآیند صنعتی:

برای حل مساله فوق تعدادی از تولید کنندگان در اروپا و اروپای شرقی استفاده از استارترهای لیوفیلیزه تغلیظ شده را شروع نمودند که این کالچرها از دانه های کفیر و تعدادی باکتری های دیگر تولید شده است.

این کالچرها به عنوان بالک استارتر و حتی استارتر مستقیم برای تلقیح مستقیم به شیر استفاده می گردد. اصولا کوتاه شدن مراحل تولید و کنترل بیشتر روی فرآیند، کیفیت ثابت تری ایجاد می کند و مدت ماندگاری محصول را به ۱۵ تا ۲۰ روز در C°۴ می رساند.

بطور خلاصه کفیر می تواند دارای خواص درمانی ذیل می باشد:

درمان بیماری های گوارشی

درمان اسهال و ضد عفونی کننده محیط روده

درمان کودکان مبتلا به بیش فعالی

درمان فشار خون

موثر در زیبایی پوست

افزایش حرکات دودی روده و درمانی قطعی یبوست

سرشار از ویتامین های گروه B مانند نیاسین، پیرودوکسین و اسید فولیک

درمان آلرژی

ممانعت از نفخ روده ای

مقاوم کردن سیستم ایمنی بدن در مقابل عوامل بیماری زا

ممانعت کننده از اثر پرتو دهی رادیولژیک

اصلاح سیستم گوارشی در زمان مصرف آنتی بیوتیک ها

غنی از کلسیم، فیبر و پروتئین

میکروراگانیسم هایی که تحت عنوان دانه کفیر معروفند، شامل :

لاکتوباسیلوس لاکتیس زیر گونه کرموریس، لاکتوباسیلوس لاکتیس زیر گونه لاکتیس، لاکتوباسیلوس کفیر، لاکتوباسیلوس کفیرانوفاسینس، لاکتوباسیلوس برویس، لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس

گونه های لکونوستوک

گونه های استوباکتر

مخمرهای تخمیر کننده لاکتوز (گونه های کلویورومایسس)

مخمرهای لاکتوز  منفی (گونه های ساکارومایسس و کاندیدا)