اكتشاف تقني حيوي رائد يتيح إنتاج أوميغا 3 مستدام دون الإفراط في الصيد

هل سبق لك أن فكرت في التكلفة البيئية لكبسولة أوميغا 3 الصغيرة الموجودة على طاولة طعامك؟ وتكمن وراء الفوائد الصحية أزمة بحرية متنامية - فالصيد الجائر والتلوث يهددان المصادر التقليدية لهذه الأحماض الدهنية الأساسية. والآن، أصبح العلماء رائدين في أساليب الإنتاج المستدام من خلال التكنولوجيا الحيوية.

يتم الاحتفال بأحماض أوميغا 3 الدهنية، وخاصة EPA (حمض إيكوسابنتاينويك) وحمض DHA (حمض الدوكوساهيكسانويك)، لفوائدها على القلب والأوعية الدموية والعصبية والمناعية. ومع ذلك، فإن لدى البشر قدرة محدودة على تصنيع هذه المركبات، ويعتمدون بشكل أساسي على المصادر الغذائية. وفي حين كانت أسماك أعماق البحار هي المستودع التقليدي، فإن هذا الاعتماد يدفع النظم البيئية البحرية إلى حافة الهاوية.

يتيح التركيب الجزيئي لهذه الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة ذات السلسلة الطويلة نشاطًا بيولوجيًا فريدًا. تظهر الأبحاث أن EPA وDHA يندمجان في طبقات ثنائية من الدهون الفسفورية في غشاء الخلية، مما يؤثر على بنية الطوافة الدهنية، ومعدلات الأكسدة، ومسارات الإشارة مع تقليل تراكم الكوليسترول. تمنح هذه الآليات مزايا صحية واسعة النطاق:

• الصحة العصبية والنفسية:يؤدي تعديل أغشية الخلايا الصنوبرية للتأثير على إنتاج الميلاتونين إلى تحسين جودة النوم، مع إظهار إمكانية التحكم في القلق والاكتئاب.
• فوائد العضلات والعظام:مكافحة ضمور العضلات، وتسريع التكيف العصبي العضلي، وتعزيز تمعدن العظام لمنع هشاشة العظام.
• حماية العين:أثبتت فعاليتها في علاج متلازمة جفاف العين والمساعدة في السيطرة على قصر النظر.
• تطبيقات الأورام:يرتبط بانخفاض مخاطر الإصابة بسرطان القولون والمستقيم وسرطان الثدي، مع تخفيف المضاعفات المرتبطة بالسرطان مثل الدنف والألم من خلال تفاعلات مستقبلات البروتين G المقترنة.
• التأثيرات المضادة للالتهابات:عن طريق تعديل توزيع الأحماض الدهنية الفوسفو وتحديد موضع الطوافة الدهنية، تمنع هذه المركبات عوامل النسخ المؤيدة للالتهابات بينما تقوم بتنشيط الوسطاء المضادين للالتهابات. تكشف الدراسات الوبائية عن انخفاض معدلات احتشاء عضلة القلب بين سكان جرينلاند الإنويت واليابانيين الذين يتناولون كميات كبيرة من أوميغا 3.

إن القيود الأيضية البشرية - التي تفتقر إلى إنزيمات Δ-12 desaturase لتحويل أحماض البالمتيك والأوليك إلى أحماض اللينوليك وألفا لينولينيك، إلى جانب تخليق EPA / DHA غير الفعال من حمض ألفا لينولينيك - تجعل المكملات الغذائية أمرًا بالغ الأهمية. توصي جمعية القلب الأمريكية بتناول 4 جرام يوميًا من EPA/DHA.

تواجه الإمدادات الحالية من أوميغا 3 تحديات مزدوجة. تتراكم الأسماك هذه الأحماض الدهنية عن طريق استهلاك الطحالب البحرية الدقيقة، ولكن الإفراط في الحصاد وتركيزات أوميغا 3 المتغيرة والتلوث المحيطي يعرض التوازن البيئي واتساق المنتج للخطر.

للتحايل على هذه القيود، يقوم الباحثون بتطوير منصات إنتاج ميكروبية باستخدام الطحالب والخميرة من خلال تكنولوجيا التخمير:

• تخمير الطحالب الدقيقة:كانت شركة Martek Biosciences رائدة في إنتاج DHA من الطحالب لتركيبات حليب الأطفال، على الرغم من أن سلالات EPA عالية الإنتاجية أو سلالات EPA/DHA مجتمعة لا تزال بعيدة المنال.
• منصات الخميرة:الهندسة الأيضية لشركة دوبونتيارويا ليبوليتيكايتيح إنتاج وكالة حماية البيئة من السكريات الزراعية، وإن كان ذلك بمعدلات تحويل دون المستوى الأمثل.
• هندسة النبات:وتُظهِر محاصيل البذور الزيتية المعدلة وراثيا، مثل الكانولا، نتائج واعدة فيما يتعلق بتخليق أوميغا 3 القائم على البذور، على الرغم من أن فترات الزراعة الطويلة تفرض قيودا لوجستية.

يتطلب تعزيز إنتاج أوميغا 3 الميكروبي معالجة متطورة للمسار:

• زيادة إمدادات سلائف الأسيتيل-CoA عبر التعبير الأنزيمي الزائد
• تحسين سينسيز الأحماض الدهنية وحركية إنزيم desaturase
• إزالة الاختناقات الأيضية من خلال خروج الجينات
• تنظيم وحدات التحكم النسخية للتخليق الحيوي للدهون
• تصميم مسارات التمثيل الغذائي الاصطناعية متجاوزة القيود الطبيعية

تهدف الابتكارات الناشئة إلى معالجة القيود الحالية:

• تحرير الجينوم القائم على كريسبر لتحسين السلالة بشكل دقيق
• تكامل متعدد omics لرسم خرائط التمثيل الغذائي الشامل
• تعمل أنظمة التخمير المستمر على تحسين الإنتاجية
• نماذج Biorefinery تشارك في إنتاج مركبات متعددة عالية القيمة
• المواد الأولية البديلة بما في ذلك مجاري النفايات الزراعية

ومع نضوج حلول التكنولوجيا الحيوية، فإنها تَعِد بتخفيف الضغط على النظم البيئية البحرية مع ضمان الوصول الموثوق إلى هذه العناصر الغذائية الحيوية. إن التقارب بين البيولوجيا التركيبية والتخمير الصناعي قد يعيد قريبًا تحديد نماذج إنتاج أوميغا 3 العالمية.