“بلاستيك حي” جديد يدمر نفسه بمجرد إلقائه في سلة المهملات
مصر:إيهاب محمد زايد
ابتكر العلماء “بلاستيكًا حيًا” يدمر نفسه عندما تبدأ المادة في التآكل.
في عملية التسميد، يتحلل المنتج الجديد في غضون شهر، مقارنة بالإصدارات التقليدية التي تستغرق ما يصل إلى 55 يومًا للتحلل في نفس الظروف.
وقد استُلهمت هذه التكنولوجيا الواعدة من قوة البروتينات التي تتغذى على البلاستيك، والتي يتم إنتاجها بشكل طبيعي بواسطة نوع من البكتيريا تم اكتشافه في عام 2016 في منشأة لإعادة التدوير في اليابان.
في السنوات التي تلت ذلك، وجد العلماء العديد من الأنواع الأخرى من البكتيريا التي طورت الإنزيمات لتناول البلاستيك، وقد ألهمت هذه البروتينات الطبيعية إصدارات صناعية أكثر جوعًا لنفاياتنا.
لقد توصل الباحثون في الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS)، بقيادة عالم الأحياء الاصطناعية تشنوانج تانج، الآن إلى كيفية خبز جراثيم بكتيرية تفرز هذه الإنزيمات في بنية بلاستيك بولي كابرولاكتون (PCL).
بهذه الطريقة، عندما يبدأ البلاستيك في التحلل، يمكن لهذه الإنزيمات المحررة حديثًا أن تنهي المهمة.
نظرًا لأن الإنزيمات عبارة عن بروتينات كبيرة ومعقدة، فإنها غالبًا ما تكون غير مستقرة أو حتى هشة. لذلك قام الباحثون بهندسة الجين لإنزيم الليباز من بكتيريا Burkholderia cepacia (BC) في الحمض النووي لميكروب آخر يسمى Bacillus subtilis، والذي يكون في شكل جراثيم مقاومًا لدرجات الحرارة والضغوط العالية.
مع تآكل سطح البلاستيك، تبدأ الجراثيم المحررة في الإنبات. ثم تعبر Bacillus subtilis النامية عن نسختها من الليباز BC، والتي تبدأ في العمل على تحلل جزيئات PCL بالكامل تقريبًا.
عندما تم استخدام الليباز الثاني الذي تنتجه الخميرة Candida antarctica لتسريع العملية، تحلل البلاستيك في غضون أسبوع، كما وجد تانج وزملاؤه في CAS. على النقيض من ذلك، لا تزال البلاستيكات PCL التقليدية المعالجة بنفس الطريقة قائمة بعد ثلاثة أسابيع.
البلاستيك الحي
بلاستيك حي مع جراثيم مدمجة. (Tang et al., Nature Chemical Biology, 2024)
إن درجات الحرارة والضغوط المطلوبة لإنشاء PCL ليست شديدة مثل الظروف المطلوبة لأنواع أخرى من البلاستيك. لاختبار ما إذا كانت الجراثيم قادرة على البقاء على قيد الحياة بعد المعالجة اللازمة لإنشاء أنواع أخرى من البلاستيك، قام الباحثون في CAS بهندسة البكتيريا للتعبير عن علامات فلورية.
تشمل المنتجات البلاستيكية التي تم اختبارها PBS (بولي بوتيلين سكسينات)، وPBAT (بولي بوتيلين أديبات-كو-تيريفثالات)، وPLA (حمض البوليكتيك)، وPHA (بولي هيدروكسي ألكانوات)، وحتى بلاستيك PET (بولي إيثيلين تيريفثالات)، والذي يتطلب درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية. عند تحللها جسديًا أو غليها، بدأت المواد البلاستيكية المضمنة في الجراثيم في التوهج.
يشير هذا إلى أن الجراثيم تنجو من “عملية الخبز” وتطلق محتوياتها عندما يتم تشغيل التآكل كما هو مخطط له.
ويضيف فريق البحث في CAS: “ظلت المواد البلاستيكية الحية مستقرة عند نقعها في الصودا (سبرايت) لمدة 60 يومًا، مما يشير إلى استخدامها المحتمل كمواد تعبئة”.
كما تمكنت المواد البلاستيكية من “التحلل تمامًا دون إضافة المضادات الحيوية، مما يؤكد قوة النظام”.
في حين أن الدراسة مجرد دليل على المفهوم، فهي حل مثير للاهتمام لمشكلة التلوث البلاستيكي المتنامية.
في العقدين الماضيين أو نحو ذلك، تضاعف تصنيع البلاستيك، ولكن في نفس الوقت، أصبح من الواضح جدًا مدى ضخامة المشكلة التي تشكلها المنتجات البلاستيكية على البيئة.
يأمل فريق CAS أن تلهم تقنيتهم الجديدة يومًا ما مواد مستدامة وقابلة للتحلل البيولوجي لا تلوث كوكبنا لقرون بعد استخدام واحد فقط.
نُشرت الدراسة في مجلة Nature Chemical Biology.
