الرصد الكمي لنمو الفطريات: منهجيات متنوعة لتقدير الكتلة الحيوية والنشاط الأيضي وتطبيقاتها في البحث الأساسي والتطبيقي

نمو الفطريات:

تتميز الفطريات بنمط نمو فريد يعتمد بشكل أساسي على تكوين خيوط فطرية متفرعة تسمى الهيفات (Hyphae). تتشابك هذه الهيفات لتكون كتلة تسمى الميسليوم (Mycelium)، وهي الجزء الخضري النشط من الفطر. يختلف نمو الفطريات عن نمو الكائنات الحية الأخرى مثل البكتيريا أو الخلايا الحيوانية، مما يستدعي استخدام تقنيات قياس خاصة.

يمكن أن يكون نمو الفطريات إما نموًا خضريًا (زيادة في حجم الميسليوم) أو نموًا تكاثريًا (إنتاج الأبواغ). في هذا الموضوع، سنركز بشكل أساسي على قياس النمو الخضري.

طرق قياس نمو الفطريات:

يمكن تصنيف طرق قياس نمو الفطريات إلى فئتين رئيسيتين:

• الطرق المباشرة: تقيس هذه الطرق الزيادة الفعلية في الكتلة الحيوية أو حجم الفطر.
• الطرق غير المباشرة: تقيس هذه الطرق التغيرات في البيئة المحيطة بالفطر والتي ترتبط بنموه.

فيما يلي تفصيل لكل فئة من هذه الطرق:

1. الطرق المباشرة:

تهدف هذه الطرق إلى تحديد كمية المادة الفطرية المنتجة خلال فترة زمنية معينة. تشمل هذه الطرق:

أ. قياس الكتلة الحيوية الجافة (Dry Weight Measurement)

تعتبر هذه الطريقة من أكثر الطرق شيوعًا لتقدير نمو الفطريات في المزارع السائلة. تتضمن الخطوات التالية:

• فصل الميسليوم: يتم فصل الميسليوم من الوسط السائل عن طريق الترشيح باستخدام ورق ترشيح ذي وزن معروف.
• الغسيل: يتم غسل الميسليوم المتبقي على ورق الترشيح عدة مرات لإزالة أي بقايا من الوسط الغذائي.
• التجفيف: يتم تجفيف ورق الترشيح والميسليوم في فرن عند درجة حرارة ثابتة (عادة 80-105 درجة مئوية) حتى الوصول إلى وزن ثابت.
• الوزن النهائي: يتم وزن ورق الترشيح والميسليوم المجفف.
• حساب الكتلة الحيوية: يتم طرح وزن ورق الترشيح الفارغ من الوزن النهائي للحصول على وزن الكتلة الحيوية الجافة.

يمكن تكرار هذه العملية على فترات زمنية مختلفة لرسم منحنى النمو للفطر.

• المميزات:

1. توفر تقديرًا مباشرًا لكمية المادة الفطرية.
2. يمكن تطبيقها على نطاق واسع.

• العيوب:

1. تتطلب تدمير العينة، مما يجعلها غير مناسبة للدراسات المستمرة على نفس العينة.
2. قد تتأثر النتائج بوجود مواد أخرى غير فطرية عالقة بالميسليوم.
3. تستغرق وقتًا طويلاً لإتمام عملية التجفيف.

ب. قياس الكتلة الحيوية الرطبة (Wet Weight Measurement)

تشبه هذه الطريقة قياس الكتلة الحيوية الجافة، ولكن يتم وزن الميسليوم بعد فصله وغسله مباشرة دون تجفيفه.

• المميزات: أسرع من قياس الكتلة الحيوية الجافة.
• العيوب:

1. أقل دقة بسبب وجود كميات متفاوتة من الماء المرتبط بالميسليوم.
2. يمكن أن تتأثر النتائج بكمية الماء المتبقية بعد الترشيح.

ج. تقدير حجم المستعمرة (Colony Diameter Measurement)

تستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لتقدير نمو الفطريات على الأوساط الصلبة مثل أطباق بتري. تتضمن قياس قطر المستعمرة الفطرية النامية بمرور الوقت باستخدام مسطرة أو فرجار.

• المميزات:

1. بسيطة وسريعة وغير مدمرة للعينة، مما يسمح بمتابعة نمو نفس المستعمرة بمرور الوقت.
2. مناسبة لتقييم تأثير العوامل المختلفة على معدل النمو.

• العيوب:

1. توفر تقديرًا غير مباشر للكتلة الحيوية، حيث أن العلاقة بين قطر المستعمرة والكتلة الحيوية ليست دائمًا خطية وقد تختلف بين أنواع الفطريات وظروف النمو.
2. لا تعكس الكثافة الداخلية للمستعمرة أو النمو ثلاثي الأبعاد بشكل كامل.

د. عد الخلايا الفطرية أو الأبواغ (Cell or Spore Counting)

يمكن استخدام عد الخلايا الفطرية المفردة (في حالة الفطريات وحيدة الخلية مثل الخميرة) أو الأبواغ لتقدير النمو. يتم ذلك باستخدام:

• شريحة العد الدموية (Hemocytometer): يتم وضع عينة مخففة من الخلايا أو الأبواغ على الشريحة ذات الشبكة المعروفة، ويتم عد الخلايا الموجودة في مربعات محددة تحت المجهر. يمكن بعد ذلك حساب تركيز الخلايا في العينة الأصلية.
• العد الآلي للخلايا (Automated Cell Counters): توفر هذه الأجهزة عدًا دقيقًا وسريعًا للخلايا بناءً على خصائصها الفيزيائية مثل الحجم والمقاومة الكهربائية.

• المميزات:

1. يوفر تقديرًا مباشرًا لعدد الوحدات الفطرية.
2. مفيد لدراسة دورات حياة الفطريات وإنتاج الأبواغ.

• العيوب:

1. لا يعكس بالضرورة الكتلة الحيوية أو النشاط الأيضي للفطر.
2. قد يكون من الصعب تطبيق هذه الطريقة على الفطريات الخيطية التي تشكل ميسليومًا.

هـ. قياس طول الهيفات (Hyphal Length Measurement)

يمكن تقدير نمو الفطريات الخيطية عن طريق قياس طول الهيفات. يتم ذلك غالبًا باستخدام:

• المجهر مع مقياس: يتم فحص عينة من الفطر تحت المجهر وقياس طول عدد من الهيفات باستخدام مقياس مثبت في العدسة العينية. يمكن بعد ذلك تقدير الطول الكلي للهيفات في وحدة المساحة أو الحجم.
• تحليل الصور الرقمية: يمكن التقاط صور للميسليوم الفطري وتحليلها باستخدام برامج متخصصة لتقدير طول الهيفات وكثافتها.
• المميزات: يوفر معلومات تفصيلية عن مورفولوجيا النمو الفطري.
• العيوب:

1. يستغرق وقتًا طويلاً ويتطلب مهارة في استخدام المجهر وبرامج تحليل الصور.
2. قد يكون من الصعب الحصول على تقدير دقيق للطول الكلي للهيفات في الميسليوم الكثيف.

2. الطرق غير المباشرة:

تقيس هذه الطرق التغيرات في الوسط المحيط بالفطر والتي ترتبط بنموه ونشاطه الأيضي. تشمل هذه الطرق:

أ. قياس استهلاك الركيزة (Substrate Consumption Measurement)

تعتمد هذه الطريقة على قياس كمية الركيزة (مثل السكر أو النيتروجين) التي يستهلكها الفطر من الوسط الغذائي بمرور الوقت. يمكن استخدام طرق كيميائية أو فيزيائية مختلفة لتحديد تركيز الركيزة المتبقية.

• المميزات:

1. يوفر معلومات عن النشاط الأيضي للفطر وكفاءته في استخدام الموارد.
2. يمكن أن يكون مؤشرًا على النمو.

• العيوب:

1. لا يعكس بالضرورة الزيادة في الكتلة الحيوية بشكل مباشر، حيث أن بعض الركيزة قد تستخدم في عمليات أيضية أخرى غير النمو.
2. قد تتأثر النتائج بوجود منتجات أيضية أخرى في الوسط.

ب. قياس إنتاج المنتجات الأيضية (Metabolic Product Formation Measurement)

تقوم بعض الفطريات بإفراز منتجات أيضية محددة أثناء نموها. يمكن قياس تركيز هذه المنتجات في الوسط بمرور الوقت باستخدام طرق مختلفة مثل التحليل اللوني (Chromatography) أو التحليل الطيفي (Spectrophotometry).

• المميزات:

1. يوفر معلومات عن النشاط الأيضي المحدد للفطر.
2. يمكن استخدامه لتقدير النمو في بعض الحالات التي تكون فيها العلاقة بين إنتاج المنتج الأيضي والكتلة الحيوية معروفة.

• العيوب:

1. لا يرتبط إنتاج جميع المنتجات الأيضية ارتباطًا مباشرًا بالنمو.
2. قد يتأثر الإنتاج بالظروف البيئية وتكوين الوسط الغذائي.

ج. قياس التغيرات في درجة الحموضة أو الأكسجين المذاب أو ثاني أكسيد الكربون (pH, Dissolved Oxygen, or Carbon Dioxide Measurement)

يمكن أن يؤدي نمو الفطريات ونشاطها الأيضي إلى تغييرات في درجة حموضة الوسط، ومستوى الأكسجين المذاب (في المزارع السائلة الهوائية)، وإنتاج ثاني أكسيد الكربون. يمكن مراقبة هذه التغيرات باستخدام أجهزة استشعار مناسبة.

• المميزات:

1. يوفر قياسًا غير مباشر للنشاط الأيضي والنمو في الوقت الفعلي.
2. يمكن استخدامه في أنظمة الزراعة المستمرة.

• العيوب:

1. قد تتأثر هذه المعلمات بعوامل أخرى غير نمو الفطر.
2. العلاقة بين هذه التغيرات والكتلة الحيوية قد تكون معقدة وتعتمد على نوع الفطر وظروف النمو.

د. قياس الامتصاص الطيفي (Spectrophotometric Measurement)

في المزارع السائلة، يمكن تقدير كثافة الخلايا الفطرية عن طريق قياس الامتصاص الضوئي للوسط المعلق للخلايا باستخدام جهاز قياس الطيف الضوئي. زيادة عدد الخلايا تؤدي إلى زيادة العكارة وبالتالي زيادة الامتصاص.

• المميزات:

1. سريع وسهل التطبيق.
2. غير مدمر للعينة ويمكن استخدامه للمتابعة المستمرة للنمو.

• العيوب:

1. يوفر تقديرًا غير مباشر للكتلة الحيوية.
2. تعتمد العلاقة بين الامتصاص والكتلة الحيوية على شكل وحجم الخلايا وقد تختلف بمرور الوقت.
3. لا يمكن استخدامه في الأوساط الملونة أو التي تحتوي على مواد صلبة أخرى.

هـ. طرق تعتمد على الحمض النووي (DNA-based Methods)

تعتمد هذه الطرق على استخلاص وقياس كمية الحمض النووي (DNA) الفطري في العينة. يمكن استخدام تقنيات مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR) لتقدير كمية الحمض النووي، والتي ترتبط بكمية الكتلة الحيوية الفطرية.

• المميزات:

1. حساسة ويمكن استخدامها للكشف عن كميات صغيرة من الفطريات.
2. يمكن أن تكون مفيدة في البيئات المعقدة حيث يصعب فصل الفطريات عن الكائنات الحية الأخرى.

• العيوب:

1. لا تعكس بالضرورة النشاط الأيضي للفطر.
2. قد تتأثر النتائج بكمية الحمض النووي لكل خلية أو وحدة فطرية، والتي يمكن أن تختلف حسب مرحلة النمو والظروف البيئية.

اختيار الطريقة المناسبة:

يعتمد اختيار الطريقة المناسبة لقياس نمو الفطريات على عدة عوامل، بما في ذلك:

• نوع الفطر: هل هو فطر خيطي أم خميرة؟
• ظروف النمو: هل ينمو في وسط سائل أم صلب؟
• الغرض من الدراسة: هل الهدف هو تقدير الكتلة الحيوية، أو معدل النمو، أو النشاط الأيضي؟
• الموارد المتاحة: ما هي المعدات والتقنيات المتاحة؟
• الدقة المطلوبة: ما هو مستوى الدقة اللازم للنتائج؟

في كثير من الحالات، قد يكون من المفيد استخدام أكثر من طريقة واحدة للحصول على صورة أكثر شمولية لنمو الفطريات.

تطبيقات قياس نمو الفطريات:

تتعدد تطبيقات قياس نمو الفطريات في مختلف المجالات، ومن أبرزها:

• البحث العلمي: فهم العمليات الأساسية لنمو الفطريات وتكاثرها، ودراسة تأثير العوامل البيئية المختلفة.
• التكنولوجيا الحيوية: تحسين إنتاج المركبات الحيوية والإنزيمات الفطرية.
• علم الأمراض النباتية: تقييم فعالية مبيدات الفطريات ودراسة مقاومة النباتات للأمراض الفطرية.
• الصناعات الغذائية: مراقبة نمو الفطريات المرغوبة في عمليات التخمير وإنتاج الأغذية، والكشف عن الفطريات المسببة للتلف.
• الصناعات الدوائية: إنتاج المضادات الحيوية والأدوية الأخرى المشتقة من الفطريات.
• البيئة: دراسة دور الفطريات في تحليل المواد العضوية وتدوير المغذيات.

خلاصة:

يعد قياس نمو الفطريات عملية أساسية في العديد من التخصصات العلمية والصناعية. تتنوع الطرق المستخدمة لهذا الغرض بين الطرق المباشرة التي تقيس الزيادة في الكتلة الحيوية أو الحجم، والطرق غير المباشرة التي تقيس التغيرات المرتبطة بالنمو في البيئة المحيطة بالفطر. يعتمد اختيار الطريقة المناسبة على طبيعة الدراسة والأهداف المرجوة. من خلال استخدام هذه الطرق بشكل فعال، يمكن للباحثين والصناعيين الحصول على معلومات قيمة حول نمو الفطريات واستخدامها في تطبيقات متنوعة.