بكتريا مدرَّبة لتحويل النفايات الحيوية إلى بلاستيك

في بحث جديد يخلص لإنتاج البلاستيك الحيوي، تمت الاستفادة من تلك الكائنات الدقيقة في هذه العملية.. ماهي أهمية البلاستيك الحيوي وما هي تلك الطرق المتبعة؟

في مشروعه لنيل درجة الدكتوراه وانطلاقاً من الحاجة لإنتاج بلاستيك صديق للبيئة، قام الباحث الهولندي Jean-Paul Meijnen بتدريب أنواع من البكتريا لتصبح قادرة على تحويل السكريات الأساسية الموجودة في الخضار، الفواكه و النفايات العضوية إلى منتجات صديقة للبيئة ذات جودة عالية كالبلاستيك الحيويBioplastics الذي يحظى باهتمام كبير في الوقت الحاضر.

مبدأ العملية بسيط: كمية قليلة من السكر و بكتيريا مدرَبة والنتيجة الحصول على منتجات مفيدة والتقليل من النفايات!

يُعتبر هذا المشروع تحديَاً مهمَاً لحل المشكلات التقنية التي تواجهها الصناعة في إنتاج البلاستيك الحيوي، من هذه المشكلات تلك المتعلَقة بتحويل قشور البطاطا للإستفادة منها في إنتاج النظارات الشمسيَة، أو قصب السَكر في صناعة إطارات للسيارات. وتعتبر المواد الخام الأفضل لهذه العملية هي النفايات الحيوية الناتجة عن مخلفات الطعام، بالإضافة إلى مركب Lignocellulose المؤلَف من السيللوز و الليجنين Lignin (الخشبين) الموجود في سوق و أوراق النباتات والذي يكسبها صلابتها.

إنَّ تحلَل مركب Lignocellulose يؤدي إلى تفكك السلاسل السكرية الطويلة في بنيته إلى جزيئات سكرية بسيطة تستفيد منها البكتريا والكائنات الدقيقة الأخرى لتشكيل المواد الكيميائية التي تستخدم كأساس في صناعة البلاستيك الحيوي.

كمثال على ذلك، البلاستيك المصنَع من الذرة، والذي يدخل في تصنيع زجاجات الشرب وأواني الطعام، حيث يتم استهلاك الذرة كغذاء، وما ينتج من نفايات عنها والمسماة Lignocellulose تستخدم كمادة أولية في إنتاج هذا البلاستيك. البكتريا المستخدمة في البحث والتي جرى العمل على تدريبها: هي من النوع *Pseudomonas putida S12

• تحديات الصناعة:

التكاليف الباهظة وتخفيض متطلبات التصنيع:

يعتبر تحويل النفايات الحيوية

bio-wastes إلى بلاستيك أمراً مكلفاً للغاية، لعدم استثمار كل الكميات منها بالشكل الأمثل. بمعنى آخر لا تتم معالجة كافة النفايات الحيوية فجزء كبير لا يصل لعملية التدوير، حيث تجدر الإشارة إلى أن العمل القائم حالياً هو على ما ينتج من مخلفات زراعية فقط، أما المنزلية فهي غير مستثمرة بشكل جيد بسبب تدويرها في المنزل. وتؤدي المعالجة الأولية لهذه النفايات الحيوية إلى إنتاج أنواع مختلفة من السكريات مثل الغلوكوز glucose، الكزيلوز xylose والأرابينوز arabinose والتي تشكل 80% من السكريات الموجودة في هذه النفايات.

من ناحية أخرى، النواتج السكرية السابقة هي أساسية في نمط تغذية البكتريا التي تستخدم في إنتاج المركبات الأساسية التي يستفاد منها في صناعة البلاستيك العضوي، لكنَ استقلابها يختلف من نمط بكتيري لآخر، فالنمط الذي أجريت عليه الدراسة Pseudomonas putida S12 قادر على هضم الغلكوز فقط بينما لا يستطيع هضم الكزيلوز أو الأرابينوز، ما جعل

ربع كمية السكريات مهدورة لا يستفاد منها، والحل الأمثل يكون بتدريب الأنماط البكتيرية على هضمها، ولهذا عكف Meijnen على معالجة المشاكل السابقة بالطرق التالية:

• الأنزيمات:

إن بكترياPseudomonas putida S12 بوضعها الأساسي غير قادرة على هضم الكزيلوز لغياب الأنزيم اللازم لهذه العملية، وقد تم علاج هذه المشكلة عن طريق تحوير هذه البكتريا وراثياً بإدخال

قطع من الـDNA إلى الخلية، والتي تحوي الشيفرة المطلوبة لتركيب الأنزيم اللازم لعملية هضم الكزيلوز.

• التطور :

تم تعريض البكتريا الناتجة عن عملية التحوير لسلسلة من عمليات العزل والانتقاء لاختيار السلالات الأكثر قدرة على هضم الكزيلوز، إذ تبين أنه بعد عملية التحوير لم تكن كفاءة البكتريا عالية على المستوى التطبيقي في هضم الكمية المطلوبة من السكر، فقد كان يُهضَم 20% فقط من الكزيلول.

لكن قدرة هذه البكتريا لم تتوقف على هضم هذا السكر بسرعة فحسب، فقد تمكنت بعد ثلاثة أشهر من التجارب من هضم كل كمية الكزيلوز في الوسط إضافةً إلى الأرابينوز، وبالتالي استطاعت التعامل مع المركبات السكرية الأساسية في النفايات الحيوية.

العمل الأخير الذي تم إجراؤه هو تعديل سلالة من Pseudomonas putida S12 التي عدلت مسبقاً لتمكينها من إنتاج pHB وهي مجموعة كيمائية تعرف بالبرابينات parabens والمستخدمة في نطاق واسع كمادة حافظة في مستحضرات التجميل و الصناعات الدوائية.

تمَ اختبار مقدرة هذه البكتريا على إنتاج pHB -كمنتج عضوي- اعتباراً من الكزيلوز ومصادر سكرية أخرى كالغلكوز و الغليسرول، وخلصت النتائج بنجاح هذه الاستراتيجية التي سمحت بإنتاج مواد كيمائية حيوية مثل pHB من الغلوكوز، الغليسرول والكزيلوز، وبأنَ استخدام خليط مكون من السكريات السابقة كان الأمثل بدلاً من استخدام مادة سكرية واحدة. وهذا يعني بأن تقديم نفايات عضوية معالجة مسبقاً للبكتريا يحفزها على إنتاج المزيد من pHB.

تعدُ النتائج التي خلص إليها البحث مهمةً في إمكانية الاعتماد على تدريب البكتريا في إنتاج مركبات نفطية انطلاقاً من النفايات العضوية كالبلاستيك و المواد الحافظة، كما يمكن الاستفادة

منها في تخفيض الاعتماد على البترول و المواد الغذائية في الصناعة بالاعتماد على النفايات فقط!

المصادر:

هنا

هنا

هنا

مصدر الصورة:

هنا