البكتيريا الآكلة للبلاستيك:الهندسة الوراثية والأثر البيئي

• Super PETase
• تحويل البلاستيك إلى فانيليا
• موارد إضافية
• قائمة المراجع

يمكن للبكتيريا التي تتغذى على البلاستيك أن تساعد يومًا ما في معالجة 14 مليون طن من البلاستيك يتم تفريغها في محيطاتنا كل عام. يؤدي التلوث البلاستيكي إلى تأثير شديد على النظم البيئية البحرية ويمكن أن يؤثر على صحة الإنسان. على سبيل المثال ، بمجرد دخول البلاستيك إلى المحيط ، يمكن أن يخنق الحيوانات ويشتبك فيها ، وفقًا للاتحاد الدولي للحفاظ على الطبيعة (IUCN).

يتم أيضًا تناول اللدائن الدقيقة من قبل العديد من الأنواع البحرية التي تفترسها أنواع أخرى والتي نصطادها من أجل الغذاء. بمجرد تناولها ، يمكن أن ترشح المواد البلاستيكية الدقيقة الملوثات السامة التي تجمعت على سطحها إلى جسم الكائن الحي الذي استهلكها ، وفقًا لـ IUCN.

يمكن أن تتراكم هذه السموم وتنتقل عبر السلسلة الغذائية من الحياة البحرية إلى البشر ، عندما نأكل شيئًا مأخوذ من البحر. على الأرض ، ينتهي معظم البلاستيك إما بالتراكم في مكبات النفايات أو حرقها في محارق ، مما يؤدي إلى إطلاق أبخرة سامة. يتم إعادة تدوير 16٪ فقط من إجمالي البلاستيك المنتج لصنع بلاستيك جديد ، وفقًا لهيئة الإذاعة البريطانية (يفتح في علامة تبويب جديدة).

ومع ذلك ، في عام 2016 ، توصل العلماء اليابانيون إلى اكتشاف رائع يمكن أن يساعد في معالجة مشكلة البلاستيك في العالم ، وفقًا لمجلة Science (تفتح في علامة تبويب جديدة). جمع العلماء الزجاجات البلاستيكية خارج منشأة إعادة التدوير ، واكتشفوا أن نوعًا من البكتيريا كان "يأكل" طريقه من خلالها. عادة ، تقضي البكتيريا وقتها في امتصاص المواد العضوية الميتة ، لكن Ideonella sakaiensis طورت طعمًا لنوع معين من البلاستيك يسمى البولي إيثيلين تيرفثاليت (PET).

بعد تحليل البكتيريا ، وجد العلماء أنها أنتجت اثنين من الإنزيمات الهضمية تسمى التحلل المائي PET أو PETase. عندما تتفاعل هذه الإنزيمات مع بلاستيك البولي إيثيلين تيرفثالات فإنها تكسر السلاسل الجزيئية الطويلة إلى سلاسل أقصر (مونومرات) تسمى حمض التريفثاليك والإيثيلين جلايكول. ثم يتم تكسير هذه المونومرات بشكل أكبر لإطلاق الطاقة لنمو البكتيريا.

بعد اكتشاف البكتيريا الآكلة للبلاستيك ، أجرى العديد من علماء الوراثة تجارب على Ideonella sakaiensis لتحسين كفاءتها. كان أحد هذه المشاريع البحثية هو الهندسة الوراثية للبكتيريا الأكثر كفاءة في إنتاج الإنزيمات ، مثل الإشريكية القولونية ، وتحويلها إلى مصانع PETase.

على الرغم من أن هذا الاكتشاف يوفر الأمل في مكافحة البلاستيك المتصاعد ، إلا أن العلماء يحذرون من أننا ما زلنا على بعد سنوات من الاستخدام التجاري على نطاق واسع. وبالمثل ، فإن PETase تتحلل فقط من بلاستيك PET ، وهناك ستة أنواع أخرى من البلاستيك لا نزال غير قادرين على تحللها باستخدام الإنزيمات.

سوبر بيتاس

باحثون في جامعة بورتسموث (يفتح في علامة تبويب جديدة) أعادوا هندسة PETase لإنشاء إنزيم "كوكتيل" يقولون إنه يمكنه هضم البلاستيك أسرع من المعتاد بست مرات. قام العلماء بدمج PETase مع إنزيم آخر آكل للبلاستيك يسمى MHETase لتكوين إنزيم واحد فائق ، وفقًا لمجلة Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) (يفتح في علامة تبويب جديدة).

تم إنشاء إنزيم PETase-MHETase المدمج باستخدام السنكروترون ، وهو نوع من مسرع الجسيمات يستخدم أشعة سينية أكثر سطوعًا من الشمس بعشرة مليارات مرة ، وفقًا لجامعة بورتسموث. مكن الباحثين من رؤية الذرات الفردية لكل إنزيم ورسم مخططاتهم الجزيئية.

ثم قام العلماء بتجميع الحمض النووي الخاص بهم معًا لتشكيل إنزيم فائق. يمكن لهذا الإنزيم أيضًا تكسير البولي إيثيلين فورانوات (PEF) ، وهو بلاستيك حيوي قائم على السكر.

تحويل البلاستيك إلى فانيليا

باحثون في جامعة إدنبرة (يفتح في علامة تبويب جديدة) يستخدم E. القولونية البكتيريا لتحويل البلاستيك إلى فانيلين ، المكون الأساسي لمستخلص حبوب الفانيليا. بالنظر إلى أن الطلب العالمي على الفانيلين تجاوز 40000 طن (37000 طن متري) في عام 2018 و 85٪ مصنوع من مواد كيميائية مأخوذة من الوقود الأحفوري ، فإن استخدام البلاستيك يمكن أن يكون وضعًا بديلاً صديقًا للبيئة ، كما ذكرت Live Science سابقًا .