تم عزل إنزيم للزراعة مقاوم للحرارة والتغيرات في الحموضة في روسيا.

ومن بين العناصر المعدنية العديدة المستخدمة في الزراعة، يلعب الفوسفور دورًا خاصًا. وهو ضروري للحيوانات لأنه جزء من الأنسجة العظمية ويشارك في استقلاب الطاقة ويدعم عمل الجهاز العصبي وعمليات انقسام الخلايا. ولا يقل أهمية عن الفوسفور بالنسبة للنباتات: فهو يحفز نمو الجذور، ويسرع الإزهار ونضج الثمار، ويزيد من مقاومة الجفاف والأمراض. هذا العنصر موجود بالفعل في التربة وفي علف الحيوانات، ولكنه موجود في شكل لا يمكن الوصول إليه بيولوجيًا ولا يتم امتصاصه. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن الحيوانات تمرض في كثير من الأحيان، وتضعف مناعتها، وتلين العظام، وتنخفض الإنتاجية: ينتج الدجاج عددا أقل من البيض، والأبقار تنتج حليبا أقل. يؤثر النقص أيضًا على النباتات: فهي تنمو ببطء، وتزهر متأخرًا، وتصبح الثمار أصغر حجمًا، وتنخفض الإنتاجية. لإطلاق هذا الفسفور “غير المتوفر”، هناك حاجة إلى إنزيم خاص – فيتاز. وهو بروتين يقوم بتفاعلات كيميائية حيوية في الكائنات الحية ويكسر أيضًا أملاح حمض الفيتيك الموجودة في الحبوب والبذور والأعلاف، مما يجعل الفوسفور متاحًا للحيوانات والنباتات. يزيد Phytase من امتصاص هذا العنصر المعدني ويقلل من الحاجة إلى المكملات الغذائية باهظة الثمن. في الصناعة، غالبا ما يستخدم هذا الإنزيم في شكل حر، أي يذوب ببساطة في السائل. هذه هي الطريقة الأبسط، ولكنها غير فعالة، لأن الشكل الطبيعي للفيتيز حساس للظروف الخارجية. عند تسخينه، التغيرات المفاجئة في الحموضة، أو حتى أثناء التخزين طويل الأمد، فإنه يفقد خصائصه بسرعة. ونتيجة لذلك، يتم تدمير معظم الإنزيم قبل أن يتمكن من أداء وظيفته، مما يجعل استخدامه غير مربح اقتصاديًا. هناك طريقة أخرى وهي التثبيت، أي التثبيت على حامل صلب. مع هذا النهج، يصبح الإنزيم أكثر مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة وأقل عرضة للتدمير، ومع ذلك، فإن طرق التثبيت التقليدية التي يستخدمها الباحثون غالبًا ما تؤدي إلى انخفاض نشاطه (يصل إلى 50-70٪). المشكلة الرئيسية في إنتاج الأعلاف القائمة على الفيتيز هي تدميرها تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة. يقلل الإنزيم من نشاطه بشكل كبير، ولهذا السبب يلزم استخدامه مرة أخرى بكميات أكبر، مما يؤدي إلى زيادة التكاليف. الصعوبة الأخرى هي قدرة الفيتاز على العمل بشكل رئيسي في البيئة الحمضية المميزة لمعدة الحيوان. وفي أجزاء أخرى من الجهاز الهضمي ينخفض ​​نشاط الإنزيمات مما يؤدي إلى انخفاض امتصاص الجسم للفوسفور ويتطلب أيضًا استخدام المكملات الغذائية بكميات كبيرة. وفي هذا الصدد، من المهم جدًا للزراعة أن يكون هناك إنزيم يمكنه تحمل الحرارة أثناء إنتاج الأعلاف، والعمل في الظروف الخارجية المتغيرة، كما يحتفظ بخصائصه بعد عدة استخدامات. كان علماء من جامعة بيرم بوليتكنيك ومعهد علم البيئة وعلم الوراثة للكائنات الحية الدقيقة، فرع الأورال التابع لأكاديمية العلوم الروسية، أول من عزل الفايتيز من البكتيريا التي تعيش في بيئة منشأة تخزين ملاط ​​الصودا. عند تسخينه، يتم تدمير الإنزيم بشكل أبطأ، ويظل نشطًا عند حموضة البيئة المختلفة ويعمل لفترة أطول بمقدار 1.5 إلى 2 مرة مقارنة بنظيراته الموجودة. تم نشر المقال في مجلة الكيمياء الحيوية التطبيقية وعلم الأحياء الدقيقة. وقد أجريت الدراسة في إطار برنامج أولوية 2030. استخدم الباحثون حمأة الصودا كوسيلة للعزل، لأنها تحتوي على ظروف أكثر عدوانية – قلوية عالية وتركيز عالي للملح. تعيش هناك الكائنات الحية الدقيقة المقاومة للتأثيرات البيئية الضارة. سيسمح ذلك باستخدامها في ظل ظروف التسخين والتغيرات في الحموضة. ومن البكتيريا المعزولة، حصل العلماء على الفيتيز. لكن الإنزيم الطبيعي نفسه عبارة عن بروتين مذاب، لذا كان لا بد من تثبيته على دعامة صلبة. — لقد جربنا طريقتين معروفتين للتثبيت. الأول فيزيائي: تمت إضافة محلول الفيتيز إلى هلام من الجينات، وهي مادة مستخرجة من الطحالب البنية، ثم تم تشكيلها على شكل كرات صغيرة تحتوي على الإنزيم. أما الطريقة الثانية فهي كيميائية: حيث يتم لصق الإنزيم على سطح حبيبات الشيتوزان، وهي مادة يتم الحصول عليها من قشور القشريات. قالت كسينيا إيفانوفا، طالبة في قسم الكيمياء والتكنولوجيا الحيوية في جامعة PNIPU: “لقد اخترنا هذه المواد لأنها تستخدم غالبًا في التكنولوجيا الحيوية: فهي غير سامة ورخيصة وآمنة للحيوانات والنباتات. ومع ذلك، حتى عند استخدام طرق التثبيت المعروفة، فمن الضروري لكل عينة محددة دراسة تأثير التثبيت على دعامة صلبة على الخصائص النهائية. قام العلماء بقياس مقدار النشاط المستمر عند تعرضه لدرجات حرارة وحموضة مختلفة، بالإضافة إلى الاستخدام المتكرر. تجربة لتحديد نشاط الإنزيم / © الخدمة الصحفية لـ PNRPU – قمنا بمقارنة العينات التي تم الحصول عليها مع الفيتاز الأخرى المستخدمة بالفعل في الزراعة. أظهرت نتائج التحليل أنه عند تثبيته على الناقل، كان من الممكن الاحتفاظ بنسبة 95-97٪ من النشاط. بالنسبة للأدوية الأخرى، عندما يتم تجميدها، ينخفض ​​النشاط إلى متوسط 50-70٪، كما يظل الإنزيم نشطًا في نطاق واسع جدًا من الأس الهيدروجيني – من 3 إلى 12. نظائرها لها نطاق تشغيل أضيق: معظمها نشط فقط في نطاق درجة الحموضة. “البيئة الحمضية (الرقم الهيدروجيني 4-6)، وعندما يرتفع الرقم الهيدروجيني، فإنها تفقد نشاطها بسرعة”، قالت يوليا ماكسيموفا، رئيسة مختبر التكنولوجيا الحيوية الجزيئية في معهد البيئة وعلم الوراثة للكائنات الحية الدقيقة، فرع الأورال في الأكاديمية الروسية للعلوم. وترتبط النتيجة الأكثر أهمية بمدة استخدام الإنزيم. بعد ست دورات متتالية من التشغيل، احتفظ الفيتيز الراسخ بنسبة 70% من نشاطه الأصلي. وهذا يعني أنه يمكن استخدام نفس الدواء مرارا وتكرارا، مما يقلل التكاليف بشكل كبير. للمقارنة: لا تحتفظ الفيتاز الموجودة بأكثر من 50-60% من النشاط بعد 4-5 دورات من الاستخدام. بالنسبة لبعض نظائرها، ينخفض ​​هذا الرقم إلى 38-43%. وبالتالي، فإن تطوير علماء بيرم يستمر 1.5-2 مرات أطول من الإنزيمات المعروفة. زراعة الكائنات الحية الدقيقة في غطاء التدفق الصفحي / © الخدمة الصحفية لـ PNRPU يمكن استخدام المستحضر الناتج في إنتاج الأعلاف لزيادة قابلية هضم الفوسفور. سيؤدي ذلك إلى تقليل إضافة المضافات المعدنية باهظة الثمن والخطرة على البيئة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تطبيق فيتاز مباشرة على التربة. سيطلق الإنزيم الفوسفور المرتبط بالمركبات العضوية حتى تتمكن النباتات من امتصاصه. وهذا سوف يقلل من الحاجة إلى الأسمدة ويجعل الزراعة أكثر صداقة للبيئة.