لا يساهم اكتشاف وزراعة وهندسة حيوية للكائنات القادرة على هضم البلاستيك في القضاء على التلوث فحسب ، بل أصبح الآن أيضًا نشاطًا تجاريًا كبيرًا. تم بالفعل العثور على العديد من الكائنات الحية الدقيقة القادرة على القيام بذلك ، ولكن عندما يتم تطبيق إنزيماتها التي تجعل ذلك ممكنًا على نطاق صناعي ، فإنها تعمل بشكل عام فقط في درجات حرارة أعلى من 30 درجة مئوية.
يعني التسخين المطلوب أن التطبيقات الصناعية تظل باهظة الثمن وليست محايدة للكربون حتى يومنا هذا. لكن هناك حلًا ممكنًا لهذه المشكلة: العثور على ميكروبات متخصصة تتكيف مع البرودة تعمل إنزيماتها في درجات حرارة منخفضة.
عرف العلماء في المعهد الفيدرالي السويسري WSL أين يبحثون عن مثل هذه الكائنات الحية الدقيقة: على ارتفاعات عالية في جبال الألب في بلادهم ، أو في المناطق القطبية. تم نشر النتائج التي توصلوا إليها في الحدود في علم الأحياء الدقيقة.
قال المؤلف الأول الدكتور جويل روثي ، وهو باحث حاليًا ، تمت دعوته إلى WSL: “نظهر هنا أن تصنيفًا ميكروبيًا جديدًا تم الحصول عليه من” الكرة البلاستيكية “لتربة جبال الألب والقطب الشمالي كان قادرًا على تحطيم المواد البلاستيكية القابلة للتحلل عند درجة حرارة 15 درجة مئوية”. “يمكن أن تساعد هذه الكائنات في تقليل التكاليف والعبء البيئي لعملية إعادة تدوير البلاستيك الأنزيمية.”
أخذ روثي وزملاؤه عينات من 19 سلالة من البكتيريا و 15 من الفطريات التي تنمو على بلاستيك مفكوك أو مدفون عمدًا (يُحفظ في الأرض لمدة عام) في جرينلاند وسفالبارد وسويسرا. تم جمع معظم نفايات سفالبارد البلاستيكية خلال مشروع القطب الشمالي السويسري 2018، حيث قام الطلاب بعمل ميداني لمعرفة آثار تغير المناخ بشكل مباشر. تم حصاد التربة من سويسرا في قمة Muot da Barba Peider (2979 م) وفي وادي Val Lavirun ، في كانتون جريسنس.
سمح العلماء للميكروبات المعزولة بالنمو كمزارع أحادية السلالة في المختبر في الظلام عند 15 درجة مئوية واستخدموا التقنيات الجزيئية للتعرف عليها. أظهرت النتائج أن السلالات البكتيرية تنتمي إلى 13 جينًا من البكتيريا الشعاعية وشعبة البروتيوباكتيريا ، والفطريات تنتمي إلى 10 جينات من شعب Ascomycota و Mucoromycota.
نتائج مفاجئة
ثم استخدموا سلسلة من الاختبارات لفحص كل سلالة لمعرفة قدرتها على هضم عينات معقمة من البولي إيثيلين غير القابل للتحلل الحيوي (PE) والبولي إيثيلين البولي يوريثين القابل للتحلل الحيوي (PUR) بالإضافة إلى مزيجين قابلين للتحلل البيولوجي متاحين تجاريًا من مادة تيريفثاليت. وحمض عديد حمض اللبنيك (جيش التحرير الشعبى الصينى).
لم تكن أي من السلالات قادرة على هضم البولي إيثيلين حتى بعد 126 يومًا من الحضانة على هذه المواد البلاستيكية. لكن 19 (56٪) من السلالات ، بما في ذلك 11 نوعًا من الفطريات وثمانية بكتيريا ، تمكنت من هضم البولي يوريثان عند درجة حرارة 15 درجة مئوية ، بينما تمكنت 14 فطرية وثلاث بكتيريا من هضم الخلائط البلاستيكية لـ PBAT و PLA. أكد الرنين المغناطيسي النووي (NMR) والفحص المستند إلى الفلورة أن هذه السلالات كانت قادرة على قطع بوليمرات PBAT و PLA إلى جزيئات أصغر.
قال روثي: “لقد فوجئنا جدًا بأن نسبة كبيرة من السلالات التي تم اختبارها كانت قادرة على تحلل نوع واحد على الأقل من المواد البلاستيكية التي تم اختبارها”.
كان الأفضل أداءً نوعين فطريين غير معهود من أجناس Neodevriesia و Lachnellula: لقد تمكنوا من هضم جميع المواد البلاستيكية المختبرة ، باستثناء PE. أظهرت النتائج أيضًا أن القدرة على هضم البلاستيك كانت متوسطة الاعتماد بالنسبة لمعظم السلالات ، حيث تتفاعل كل سلالة بشكل مختلف مع كل من الوسائط الأربعة التي تم اختبارها.
الآثار الجانبية للقدرة على هضم البوليمرات النباتية
كيف تطورت القدرة على هضم البلاستيك؟ نظرًا لأن البلاستيك كان موجودًا فقط منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، فإن القدرة على تحلل البلاستيك لم تكن بالتأكيد سمة مستهدفة في الأصل من خلال الانتقاء الطبيعي.
لقد ثبت أن الميكروبات تنتج مجموعة متنوعة من الإنزيمات المهينة للبوليمر المتورطة في تكسير جدران الخلايا النباتية. على وجه الخصوص ، غالبًا ما يتم الإبلاغ عن الفطريات المسببة للأمراض النباتية لتحلل البوليسترات ، نظرًا لقدرتها على إنتاج كوتينازات تستهدف البلاستيك. البوليمرات بسبب تشابهها مع نبات البوليمر كوتين “، أوضح المؤلف النهائي ، الدكتور بيت فراي ، كبير العلماء وقائد المجموعة في WSL.
التحديات لا تزال قائمة
منذ Rüthi وآخرون. تم اختبارهم للهضم فقط عند 15 درجة مئوية ، وهم لا يعرفون حتى الآن درجة الحرارة المثلى التي تعمل عندها إنزيمات السلالات عالية الأداء.
قال فراي: “لكننا نعلم أن معظم السلالات المختبرة يمكن أن تنمو جيدًا بين 4 درجات مئوية و 20 درجة مئوية مع درجة حرارة مثالية تبلغ حوالي 15 درجة مئوية”.
سيكون التحدي الكبير التالي هو تحديد الإنزيمات المهينة للبلاستيك التي تنتجها السلالات الميكروبية وتحسين العملية للحصول على كميات كبيرة من البروتين. بالإضافة إلى ذلك ، قد يلزم تعديل إنزيم إضافي لتحسين الخصائص مثل استقرار البروتين.
مزيد من المعلومات:
اكتشاف السلالات الميكروبية المهينة للبلاستيك المعزولة من البلاستس الأرضي في جبال الألب والقطب الشمالي ، الحدود في علم الأحياء الدقيقة (2023). DOI: 10.3389 / fmicb.2023.1178474 و www.frontiersin.org/articles/1…cb.2023.1178474/full
