كشف فريق بحثي بقيادة علماء البيولوجيا في جامعة نيويورك أبو ظبي عن العمليات الجزيئية التي تسهم في استعمار الطحالب المشطورات للأسطح، وهي مجموعة كبيرة من العوالق النباتية التي تكوّن أغشيةً على الأسطح في البيئات البحرية. ويُعتبر "الحشف الحيوي" -المتكوّن على السفن والأنابيب ودعائم الجسور وغيرها من الهياكل التي ينشئها الإنسان تحت سطح الماء- مشكلةً كبيرة، يمكن أن تؤدي إلى إحداث ضرر بالغ، وإلى ارتفاع استهلاك الوقود وزيادة تكاليف الصيانة كذلك.

خلال عملية استعمار الأسطح، من المعروف عن أنواعٍ من الطحالب المشطورات أنها تتغير من الشكل المِغْزَلِيّ الذي يتميز بالأطراف المستدقّة إلى الشكل البيضاوي. وقد ركّزت الدراسة على فحص العمليات الأساسية التي تُسهم في هذا التحوّل في الشكل. وبمقارنة العينات المستزرعة من الخلايا المغزلية والخلايا البيضاوية، تعرّف الفريق على الجينات ذات الصلة، أو الجينات عالية التنظيم، التي تشارك في عملية استعمار الأسطح.

وكشف المزيد من التحليل عن وجود 61 جينًا من جينات التأشير، منها ما يُطلق عليه المستقبلات المقترنة بالبروتين جي (GPCRs)، التي كانت مُفعَّلةً لدى نوع Phaeodactylum tricornutum من الطحالب المشطورات خلال استعمار الأسطح. إن تغيير التعبير الجيني لكل جين من جينات المستقبلات المقترنة بالبروتين جي يشير إلى إمكانية التحكم في أنشطة الحشف الحيوي التي تقوم بها خلايا طحلب Phaeodactylum tricornutum. فعلى سبيل المثال، أظهر الباحثون أن التعبير عن الجين GPCR1A يمكن أن يحفّز عملية الحشف الحيوي، ويمنح مزيدًا من المقاومة للضوء فوق البنفسجي.

تفتح هذه الدراسة المجال أمام استهداف الجينات التي يمكنها أن تنقض عملية استعمار الأسطح الطبيعية من قِبَل الطحالب المشطورات. وهذا يمكن أن يمهّد السبيل للوصول إلى إستراتيجيات مكافحة الحشف الحيوي دون استخدام المواد الكيميائية.

يقول ويتشي فو، المؤلف الرئيسي للدراسة: "يمكن التحكم في الأهداف الجينية المُكتشَفة حديثًا، وربما تضطلع بدور رئيسي في إطلاق العنان لإمكانيات الطحالب المشطورات التي لا تقوم بعملية الحشف الحيوي عن طريق التنظيم الجيني". ولكنه يحذّر من أن الكائنات المعدَّلة جينيًّا لا ينبغي إطلاقها في البيئة دون إجراء تقييم للتبعات الإيكولوجية المترتبة عليها. ويضيف فو: "من هذا المنطلق، فإن الجزيئيات المنتجة بيولوجيًّا، مثل الجزيئيات الصغيرة من الطحالب المشطورات المهندَسة جينيًّا، قد تُستغل من أجل منع عملية الحشف الحيوي من خلال تثبيط عملية تكوين الأغشية الحيوية لدى الميكروبات والطحالب المشطورات الأخرى في البيئات البحرية".

ويخطط الفريق لمواصلة دراسة الحشف الحيوي المجهري الذي تقوم به الميكروبات على مستوى المجتمعات، وهو ما سيتضمن دراسة الطحالب المشطورات، والبكتيريا، وغيرها من الطحالب المهمة المشاركة في عملية استعمار الأسطح. ويختتم فو حديثه قائلًا: "حيث إن الحشف الحيوي ظاهرة معقَّدة تؤثر على الحياة البحرية، علينا أن نعزّز من البحوث التطبيقية؛ من أجل إرساء نهج صديق للبيئة وقابل للتوسّع بالكامل لمكافحة هذه الظاهرة".

Fu, W. et al. GPCR genes as activators of surface colonization pathways in a model marine diatom. iScience 23, 101424 (2020).