المواد الغريبة

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

المادة الغريبة عن الجسم هي مادة كيميائية موجودة داخل الكائن الحي ، ولا تُنتج طبيعيًا أو يُتوقع وجودها فيه. وقد تشمل أيضًا مواد موجودة بتراكيز أعلى بكثير من المعتاد. ويمكن أن تتحول المركبات الطبيعية إلى مواد غريبة عن الجسم إذا امتصها كائن حي آخر، مثل امتصاص الأسماك الموجودة في مصبات محطات معالجة مياه الصرف الصحي للهرمونات البشرية الطبيعية، أو الدفاعات الكيميائية التي تنتجها بعض الكائنات الحية للحماية من المفترسات. [ 1 ] ويُستخدم مصطلح "المادة الغريبة عن الجسم" أيضًا للإشارة إلى الأعضاء المزروعة من نوع إلى آخر.

يُستخدم مصطلح "المواد الغريبة عن البيئة" غالبًا في سياق الملوثات مثل الديوكسينات وثنائي الفينيل متعدد الكلور وتأثيرها على الكائنات الحية ، إذ تُفهم هذه المواد على أنها غريبة عن النظام البيولوجي بأكمله، أي مواد اصطناعية لم تكن موجودة في الطبيعة قبل تصنيعها من قِبل الإنسان. ويُشتق مصطلح "المواد الغريبة عن البيئة" من الكلمتين اليونانيتين ξένος (زينوس) وتعني أجنبي أو غريب، وβίος (بيوس) وتعني حياة، بالإضافة إلى اللاحقة اليونانية للصفات -تيكوس، -ي، -ون. ويمكن تصنيف المواد الغريبة عن البيئة إلى مواد مسرطنة ، وأدوية، وملوثات بيئية، ومضافات غذائية ، وهيدروكربونات ، ومبيدات حشرية.

استقلاب المواد الغريبة

يتخلص الجسم من المواد الغريبة عن طريق استقلابها . تتضمن هذه العملية تعطيل هذه المواد وإخراجها، وتحدث في الغالب في الكبد. تشمل طرق الإخراج البول والبراز والزفير والعرق. تتولى الإنزيمات الكبدية مسؤولية استقلاب المواد الغريبة عن طريق تنشيطها أولاً (الأكسدة، والاختزال، والتحلل المائي، و/أو إضافة الماء إليها)، ثم ربط المستقلب الثانوي النشط بحمض الجلوكورونيك أو حمض الكبريتيك أو الجلوتاثيون ، يليه إخراجه في الصفراء أو البول. ومن الأمثلة على مجموعة الإنزيمات المشاركة في استقلاب المواد الغريبة عن طريق الكبد، السيتوكروم P450 الميكروسومي . تُعد هذه الإنزيمات التي تستقلب المواد الغريبة عن طريق الكبد بالغة الأهمية لصناعة الأدوية، لأنها مسؤولة عن تكسير الأدوية. ومن الأنواع التي تمتلك نظام السيتوكروم P450 الفريد هذا ذبابة الفاكهة Drosophila mettleri ، والتي تستخدم مقاومة المواد الغريبة لاستغلال نطاق تعشيش أوسع يشمل كلاً من التربة الرطبة بالإفرازات النخرية والقطع النخرية نفسها.

على الرغم من قدرة الجسم على التخلص من المواد الغريبة عن طريق تحويلها إلى شكل أقل سمية من خلال استقلابها ثم إخراجها، إلا أنه من الممكن أيضًا تحويلها إلى شكل أكثر سمية في بعض الحالات. تُعرف هذه العملية بالتنشيط الحيوي ، ويمكن أن تُؤدي إلى تغييرات هيكلية ووظيفية في الميكروبات المعوية. [ 2 ] قد يُؤدي التعرض للمواد الغريبة عن طريق التنشيط الحيوي إلى اضطراب بنية مجتمع الميكروبيوم، إما عن طريق زيادة أو تقليل حجم بعض التجمعات البكتيرية تبعًا للمادة. تختلف التغييرات الوظيفية الناتجة باختلاف المادة، وقد تشمل زيادة التعبير عن الجينات المشاركة في الاستجابة للإجهاد ومقاومة المضادات الحيوية ، وتغييرات في مستويات المستقلبات المُنتجة، وما إلى ذلك. [ 3 ]

يمكن للكائنات الحية أيضًا أن تتطور لتتحمل المواد الغريبة. ومن الأمثلة على ذلك التطور المشترك لإنتاج سم التترودوتوكسين في سمندل الماء ذي الجلد الخشن ، وتطور مقاومة هذا السم لدى مفترسه، ثعبان الرباط الشائع . في هذا الزوج من المفترس والفريسة، أدى سباق تسلح تطوري إلى إنتاج مستويات عالية من السم في سمندل الماء، ومستويات عالية مماثلة من المقاومة لدى الثعبان. [ 4 ] تعتمد هذه الاستجابة التطورية على تطوير الثعبان لأشكال معدلة من قنوات الأيونات التي يؤثر عليها السم، مما يجعله مقاومًا لتأثيراته. [ 5 ] مثال آخر على آلية تحمل المواد الغريبة هو استخدام ناقلات كاسيت ربط الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ABC) ، والتي تظهر بشكل كبير في الحشرات. [ 6 ] تساهم هذه الناقلات في المقاومة من خلال تمكين نقل السموم عبر غشاء الخلية، وبالتالي منع تراكم هذه المواد داخل الخلايا.

المواد الغريبة في البيئة

تُشكل المواد الغريبة مشكلة لأنظمة معالجة مياه الصرف الصحي، نظرًا لكثرتها، ولكل منها مشاكلها الخاصة فيما يتعلق بكيفية إزالتها (وما إذا كان الأمر يستحق المحاولة).

بعض المواد الغريبة عن البيئة مقاومة للتحلل. تتراكم هذه المواد، مثل ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs) والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) وثلاثي كلورو الإيثيلين (TCE)، في البيئة نظرًا لخصائصها المقاومة للتحلل، وأصبحت مصدر قلق بيئي بسبب سميتها وتراكمها. يحدث هذا بشكل خاص في البيئة تحت السطحية ومصادر المياه، وكذلك في الأنظمة البيولوجية، مما قد يؤثر على صحة الإنسان. [ 7 ] من أهم مصادر التلوث ودخول المواد الغريبة عن البيئة الصناعات الكبيرة، مثل صناعة الأدوية والوقود الأحفوري وتبييض اللب والورق والزراعة. [ 8 ] على سبيل المثال، قد تكون هذه المواد مركبات عضوية كلوريدية اصطناعية ، مثل البلاستيك والمبيدات الحشرية، أو مواد كيميائية عضوية طبيعية، مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) وبعض مشتقات النفط الخام والفحم.

قد تُشكّل الكائنات الدقيقة حلاً فعالاً لمشكلة التلوث البيئي من خلال تحليل المواد الغريبة عن البيئة، وهي عملية تُعرف بالمعالجة الحيوية . [ 9 ] تتميز الكائنات الدقيقة بقدرتها على التكيف مع المواد الغريبة عن البيئة التي تدخلها عبر النقل الجيني الأفقي ، وذلك للاستفادة من هذه المركبات كمصادر للطاقة. [ 8 ] ويمكن تعديل هذه العملية للتحكم في المسارات الأيضية للكائنات الدقيقة بهدف تحليل المواد الغريبة الضارة في ظل ظروف بيئية محددة وبمعدل أفضل. [ 8 ] تشمل آليات المعالجة الحيوية كلاً من الهندسة الوراثية للكائنات الدقيقة وعزل الميكروبات الطبيعية القادرة على تحليل المواد الغريبة عن البيئة. [ 9 ] وقد أُجريت أبحاث لتحديد الجينات المسؤولة عن قدرة الكائنات الدقيقة على استقلاب بعض المواد الغريبة عن البيئة، واقترحت هذه الأبحاث إمكانية استخدام هذه الأبحاث لهندسة كائنات دقيقة خصيصاً لهذا الغرض. [ 9 ] لا يقتصر الأمر على إمكانية هندسة المسارات الحالية للتعبير عنها في كائنات حية أخرى، بل إن إنشاء مسارات جديدة يُعد نهجًا ممكنًا. [ 8 ]

قد تكون المواد الغريبة عن البيئة محدودة ويصعب الوصول إليها في مناطق مثل البيئة تحت السطحية. [ 8 ] يمكن هندسة الكائنات الحية المحللة لزيادة قدرتها على الحركة للوصول إلى هذه المركبات، بما في ذلك تعزيز الانجذاب الكيميائي . [ 8 ] من بين قيود عملية المعالجة الحيوية الحاجة إلى ظروف مثالية لضمان الأداء الأيضي السليم لبعض الكائنات الدقيقة، وهو ما قد يصعب تحقيقه في البيئة. [ 7 ] في بعض الحالات، قد لا يكون الكائن الدقيق الواحد قادرًا على أداء جميع العمليات الأيضية اللازمة لتحليل مركب غريب عن البيئة، ولذلك قد يتم استخدام "تجمعات بكتيرية تكافلية". [ 8 ] في هذه الحالة، تعمل مجموعة من البكتيريا معًا، مما يؤدي إلى تحلل نواتج التفاعل غير الفعالة لأحد الكائنات الحية بواسطة كائن حي آخر. [ 7 ] في حالات أخرى، قد تثبط نواتج أحد الكائنات الدقيقة نشاط كائن حي آخر، وبالتالي يجب الحفاظ على التوازن. [ 8 ]

تُنتج العديد من المواد الغريبة عن الجسم مجموعة متنوعة من التأثيرات البيولوجية، والتي تُستخدم عند توصيفها باستخدام المقايسة البيولوجية . قبل تسجيلها للبيع في معظم البلدان، يجب أن تخضع مبيدات الآفات الغريبة عن الجسم لتقييم شامل لعوامل الخطر، مثل سميتها للإنسان، وسميتها البيئية ، أو استمراريتها في البيئة. على سبيل المثال، خلال عملية التسجيل، وُجد أن مبيد الأعشاب كلورانسولام-ميثيل يتحلل بسرعة نسبية في التربة. [ 10 ]

زراعة الأعضاء بين الأنواع

يُستخدم مصطلح "الأعضاء الغريبة" أيضًا للإشارة إلى الأعضاء المزروعة من نوع حيواني إلى آخر. على سبيل المثال، يأمل بعض الباحثين في إمكانية زراعة القلوب وأعضاء أخرى من الخنازير إلى البشر. يموت الكثير من الناس سنويًا ممن كان من الممكن إنقاذ حياتهم لو توفرت لديهم أعضاء حيوية للزراعة. تُعد الكلى حاليًا العضو الأكثر شيوعًا في عمليات الزراعة. يجب تطوير الأعضاء الغريبة بطريقة تضمن عدم رفضها من قِبل الجهاز المناعي .

انظر أيضاً

استقلاب الأدوية – يتم إعادة توجيه استقلاب المواد الغريبة إلى الحالة الخاصة: استقلاب الأدوية.

مراجع

  1. ↑ مانسوي د (2013). "استقلاب المواد الغريبة: الآثار المفيدة والضارة" . مجلة بيولوجيا اليوم . 207 (1): 33-37 . doi : 10.1051/ jbio /2013003 . PMID 23694723. S2CID 196540867 .  
  2. ↑ بارك، بي كي؛ لافيرتي، إتش؛ سريفاستافا، إيه؛ أنطوان، دي جيه؛ نايسبت، دي؛ ويليامز، دي بي (2011). "التنشيط الحيوي للأدوية وتكوين نواتج إضافة البروتين في إمراضية السمية الناجمة عن الأدوية". التفاعلات الكيميائية الحيوية . 192 ( 1-2 ): 30-36 . doi : 10.1016/j.cbi.2010.09.011 . PMID 20846520 . 
  3. ↑ لو، كون؛ محبوب، رضوان؛ فوكس، جيمس ج. (31 أغسطس 2015). "المواد الغريبة: تفاعلها مع الميكروبات المعوية" . مجلة ILAR . 56 (2): 218-227 . doi : 10.1093/ilar/ilv018 . ISSN 1084-2020 . PMC 4654756. PMID 26323631 .   
  4. ↑ برودي إي دي، ريدنهور بي جيه، برودي إي دي (2002). "الاستجابة التطورية للمفترسات للفرائس الخطرة: النقاط الساخنة والباردة في الفسيفساء الجغرافية للتطور المشترك بين ثعابين الرباط والسمندل". التطور . 56 ( 10): 2067-82 . doi : 10.1554/0014-3820(2002)056 [ 2067:teropt ] 2.0.co ; 2. PMID 12449493 . 
  5. ↑ جيفيني إس، برودي إي دي، روبن بي سي، برودي إي دي (2002). "آليات التكيف في سباق تسلح بين المفترس والفريسة: قنوات الصوديوم المقاومة لسم التترودوتوكسين". مجلة ساينس . 297 (5585): 1336-1339 . رمز Bibcode : 2002Sci...297.1336G . doi : 10.1126/science.1074310 . PMID 12193784. S2CID 8816337 .  
  6. ↑ بروهان، غونار؛ كروغر، توبياس؛ لورينزن، مارسيه؛ ميرزندورفر، هانز (16 يناير 2013). "التحليل الوظيفي لعائلة جينات ناقل كاسيت ربط الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ABC) في خنفساء الدقيق الحمراء (Tribolium castaneum)" . BMC Genomics . 14 : 6. doi : 10.1186/1471-2164-14-6 . ISSN 1471-2164 . PMC 3560195. PMID 23324493 .   
  7. 1 2 3 سينغ، أجاي؛ وارد، أوين ب.، محرران. (2004). التحلل البيولوجي والمعالجة البيولوجية . برلين: سبرينغر. ISBN 978-3540211013. OCLC 54529445 . 
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 دياز، إدواردو (سبتمبر 2004). "التحلل البكتيري للملوثات العطرية: نموذج للتنوع الأيضي". علم الأحياء الدقيقة الدولي . 7 (3): 173-180 . ISSN 1139-6709 . PMID 15492931 .  
  9. 1 2 3 سينغلتون، إيان (يناير 1994). "الاستقلاب الميكروبي للمواد الغريبة: بحث أساسي وتطبيقي". مجلة التكنولوجيا الكيميائية والتكنولوجيا الحيوية . 59 (1): 9-23 . doi : 10.1002/jctb.280590104 .
  10. ↑ وولت، جيه دي، سميث، جيه كيه، سيمز، جيه كيه، دوبلبيس، دي أو (1996). "نواتج وحركية استقلاب الكلورانسولام-ميثيل الهوائي في التربة". مجلة الكيمياء الزراعية والغذائية . 44 : 324-332 . doi : 10.1021/jf9503570 .