فاژها در کشاورزی، انقلابی در حفاظت از محصولات بدون سموم شیمیایی مضر

فاژها در کشاورزی: انقلابی در حفاظت از محصولات بدون سموم شیمیایی مضر

محصولی را تصور کنید که دقیقاً باکتری های مضر را هدف قرار می دهد و در عین حال موجودات مفید را دست نخورده می گذارد. این محصول، نوید استفاده از فاژها در کشاورزی است - ویروس‌های کوچک و در عین حال قدرتمندی که حفاظت از محصولات را تغییر می‌دهند و راه را برای شیوه‌های کشاورزی پایدار هموار می‌کنند.

فاژ چیست؟

باکتریوفاژها یا فاژها که ویروس باکتریایی نیز نامیده می شوند، ویروس های تخصصی هستند که باکتری های مضر موجود در محصولات را آلوده و از بین می برند. این ویروس ها، باکتری های مسئول بیماری های گیاهی را شناسایی و هدف قرار می دهند. این موجودات به طور مستقل اولین بار توسط Fredrick W. Twort در بریتانیا (1915) و Félix d’Hérelle در فرانسه (1917) کشف شدند. d’Hérelle اصطلاح باکتریوفاژ به معنای "باکتری خوار" را برای توصیف باکتری کشی آن ها معرفی کرد. باکتریوفاژها موجودات تک سلولی پروکاریوتی معروف به آرکئا را نیز آلوده می کنند. فاژ‌ها همه گیر هستند و در بسیاری از مناطق و جاهایی که باکتری‌ها به وفور وجود دارند، مانند خاک یا روده حیوانات می‌توانند رشد کنند. یکی از متراکم‌ترین منابع طبیعی برای فاژ‌ها و ویروس‌های دیگر، آب دریا است که در هر میلی‌لیتر در سطح از آن تا 109 ویریون یا ذرات کامل ویروس یافت شده است. 

مکانیسم فعالیت فاژها:

فاژ پس از پیدا کردن باکتری هدف، به آن می‌چسبد و مواد ژنتیکی خود را به داخل آن را تزریق می‌کند. سپس تمامی سازوکارهای درون سلول باکتری به منظور تکثیر ماده ژنتیکی فاژ به کار گرفته می شود و در نهایت، سلول باکتری لیز می شود و فاژهای جدیدی آزاد می‌کند که به مبارزه با سایر باکتری‌های بیمارگر ادامه می‌دهند. این مکانیسم طبیعی روشی موثر، دقیق و پایدار برای محافظت از محصولات در برابر بیماری ها و در عین حال اجتناب از آسیب به میکروب های مفید یا محیط زیست می باشد.

مزایای استفاده از فاژها:

1- در نبرد مداوم علیه تهدیدات باکتریایی برای کشاورزی، فاژها راه حلی بسیار هدفمند و سازگار با محیط زیست ارائه می دهند. بر خلاف آفت کش های شیمیایی که می توانند به میکروارگانیسم های مفید آسیب برسانند، فاژها بسیار خاص هستند و فقط به میزبان های باکتریایی مورد نظر خود حمله می کنند. 
2- علاوه بر این، فاژها تا زمانی که باکتری هدف در محیط موجود باشد، به کشتن باکتری‌های اختصاصی خود ادامه خواهند داد. 
3- فاژها می‌توانند با تکامل باکتری‌ها سازگار شوند و حتی با تغییر سویه‌های باکتری در طول زمان، اثربخشی خود را حفظ کنند. بنابراین ایجاد مقاومت پایدار باکتری‌ها نسبت به آن‌ها بعید به نظر می‌رسد.
4- با داشتن چنین دقت و سازگاری با بیمارگر هدف خود، فاژها میزان استفاده از سموم شیمیایی را کاهش می دهند. 
5- یکی از مزایای اصلی حفاظت از محیط زیست است. از آنجایی که فاژها فقط باکتری های خاصی را هدف قرار می دهند، به ارگانیسم های غیرهدف آسیبی نمی رسانند و سلامت اکوسیستم ها را حفظ می کنند.
6- علاوه بر این، استفاده از فاژها منجر به کاهش باقیمانده شیمیایی روی محصولات می شود و تولید غذای ایمن تر را برای مصرف کنندگان تضمین می کند.
7- مزیت اصلی دیگر، توانایی مدیریت مقاومت به آفت کش ها است. برخلاف مواد شیمیایی که باکتری‌ها در نهایت می‌توانند در برابر آن‌ها مقاومت کنند، فاژها در کنار باکتری‌ها تکامل می‌یابند و در نتیجه به راه‌حلی پویا و پایدار برای حفاظت طولانی‌مدت محصولات تبدیل می‌شوند.
8- فاژها همچنین یک جایگزین مقرون به صرفه برای آفت کش های شیمیایی هستند.

نحوه استفاده از فاژها برای محافظت از محصولات:

فاژها را می توان به طور مستقیم (محلول پاشی و یا تزریق در سیستم آبیاری) بر روی محصولات کشاورزی استفاده کرد تا بیمارگر باکتریایی را به طور دقیق مورد هدف قرار دهد. از سوی دیگر، کشاورزان می توانند از فاژها به صورت پیشگیرانه استفاده کنند به این صورت که آنها را قبل از ظهور علائم بیماری به کار ببرند. در سرتاسر جهان، فاژها در کشاورزی موفقیت چشمگیری در کنترل بیمارگر های گیاهی و بهبود عملکرد محصول نشان داده اند و تاکنون از آن ها برای مبارزه با بیماری های باکتریایی در گوجه فرنگی، سیب زمینی و مرکبات استفاده شده است.

سایر کاربردها:
1- مزایای استفاده از فاژها در کشاورزی فراتر از حفاظت از محصولات است. در دامپروری، از فاژها برای هدف قرار دادن باکتری های مضر در دام استفاده می شود و سلامت حیوانات را بهبود می بخشد و در عین حال وابستگی به آنتی بیوتیک ها را کاهش می دهد. فاژها با رسیدگی به عفونت های باکتریایی در دام موجب تولید حیوانات سالم تر و با بهره وری بالاتر می گردند. این رویکرد هدفمند خطر مقاومت به آنتی بیوتیک ها را که یک نگرانی رو به رشد در کشاورزی است، به حداقل می رساند.
2- علاوه بر کشاورزی، فاژ درمانی به عنوان یک درمان جایگزین برای مبارزه با عفونت‌های مقاوم به دارو در بین انسان‌ها معرفی شده است و به کاهش بار فزاینده مقاومت ضد میکروبی (AMR) کمک می‌کند. به عنوان مثال، فاژ درمانی از دهه 1940 در اتحاد جماهیر شوروی سابق به عنوان جایگزینی برای آنتی بیوتیک‌ها برای درمان عفونت‌های باکتریایی استفاده شده است.

چالش های پیش رو در استفاده از فاژها:

در حالی که پتانسیل فاژها در کشاورزی بسیار زیاد است، قبل از اینکه بتوان آنها را به طور گسترده استفاده کرد، چالش هایی وجود دارد که در ادامه به آن ها اشاره می شود. 
1- یکی از موانع اصلی، نیاز به تحقیقات بیشتر به منظور درک کامل زیست شناسی فاژ و تعامل آن با میزبان های باکتریایی در محیط های مختلف کشاورزی است.
2- ایجاد فرمولاسیون فاژی مؤثر که در طول ذخیره سازی و استفاده پایدار بماند، یکی دیگر از زمینه هایی است که نیاز به تحقیقات بیشتر دارد. 
3- علاوه بر این، روش های تحویل کارآمد باید به کار برده شود، تا فاژها برای کشاورزان در همه جا قابل دسترس باشند.

با وجود این موانع، فرصت های فاژها در کشاورزی بسیار زیاد است. دانشمندان به طور مستمر در حال بررسی راه هایی برای مهار قدرت فاژها برای کاهش وابستگی به آفت کش های شیمیایی و ایجاد شیوه های کشاورزی پایدارتر هستند. با پرداختن به این چالش ها، بخش کشاورزی می تواند پتانسیل کامل فاژها را باز کند و راه را برای کشاورزی ایمن تر و سبزتر هموار کند.

منابع:
Britannica. Online: https://www.britannica.com/science/bacteriophage.
Innovation news network. Online: https://www.innovationnewsnetwork.com/phages-in-agriculture-revolutionising-crop-protection-without-harmful-chemicals/54505/