Purification and characterization of tyrosinase enzyme from Acinetobacter modestus NIPH 236 for enhanced treatment of petroleum pollutants

يعد النفط شريان الحياة للصناعة الحديثة، فهو يمد كل شيء بالطاقة، من السيارات التي نقودها إلى المواد البلاستيكية التي نستخدمها. ومع ذلك، فإن عملية استخراج وتكرير هذا المورد تترك وراءها إرثاً ساماً. أحد أخطر النواتج الثانوية هو الفينول، وهو مركب كيميائي يوجد بتركيزات عالية في مياه الصرف الصحي الناتجة عن مصافي تكرير النفط. الفينول شديد السمية لكل من البشر والبيئة، وقادر على إلحاق الضرر بالنظم البيئية والتسبب في طفرات في الأنسجة الحية. وبينما حاول المهندسون لفترة طويلة تنظيف هذه المياه باستخدام مرشحات فيزيائية أو مواد كيميائية قاسية، إلا أن هذه الطرق غالباً ما تخفق؛ فهي قد تكون مكلفة، أو تستهلك الكثير من الطاقة، أو ببساطة تفشل في تفكيك الملوثات المستعصية تماماً. غير أن الطبيعة تقدم مساراً مختلفاً. فمنذ عقود، عرف العلماء أن بعض الكائنات الدقيقة تمتلك القدرة على هضم هذه المواد الضارة، وتحويل السم إلى مواد غير ضارة من خلال عملية تسمى المعالجة الحيوية. والمفتاح لهذه المجموعة الطبيعية من عمال التنظيف هو غالباً نوع محدد من البروتينات يسمى الإنزيم، والذي يعمل كمحفز بيولوجي لتسريع التفاعلات الكيميائية التي قد تحدث ببطء شديد لدرجة تجعلها غير مفيدة.

في دراسة حديثة، سعى الباحثون للعثور على أداة بيولوجية جديدة وأكثر كفاءة لهذه المهمة. فقد وجهوا اهتمامهم إلى التربة المحيطة بمصفاة للبتروكيماويات في مانغالور بالهند، وهو مكان يتعرض فيه الوسط باستمرار للملوثات القائمة على النفط. كان الهدف هو عزل بكتيريا معينة من هذه التربة القاسية يمكنها إنتاج إنزيم قوي يُعرف باسم "تيروسيناز" (tyrosinase). هذا الإنزيم هو بروتين يحتوي على النحاس ويعمل مثل مقص جزيئي، حيث يكون قادراً على تقطيع جزيئات الفينول وتحويلها إلى مواد أقل ضرراً. نجح الفريق، بقيادة علماء من جامعة داياناندا ساغار، في تحديد بكتيريا قوية مختبئة داخل تربة المصفاة. وقد أطلقوا عليها اسم Acinetobacter modestus NIPH 236. لم يكن هذا الكائن الحي الدقيق مجرد ناجٍ من تلك البيئة السامة فحسب، بل كان مصنعاً ينتج الإنزيم اللازم لتنظيفها.

لم يتوقف الباحثون عند مجرد العثور على البكتيريا، بل عملوا على فهم كيفية جعلها تنتج أكبر قدر ممكن من الإنزيم. لقد عاملوا البكتيريا مثل المحصول، حيث قاموا بزراعتها في خزانات كبيرة من المرق السائل وعملوا على ضبط الظروف بعناقة لمعرفة ما يجعلها تزدهر. اختبروا مستويات مختلفة من الحموضة، ووجدوا أن البكتيريا تنتج أكبر قدر من الإنزيم عندما يكون السائل متعادلاً، عند درجة حموضة (pH) تبلغ 7.0. كما جربوا كمية البكتيريا التي يبدأون بها، واكتشفوا أن كمية صغيرة، تبلغ 2 بالمائة فقط من الحجم الإجمالي، هي النقطة المثالية لتحقيق أقصى إنتاج. واختبروا أيضاً ما تأكله البكتيريا؛ حيث نمت البكتيريا بشكل أفضل عندما غُذيت على نظام غذائي يحتوي على مستخلص اللحم كمصدر للنيتروجين والمالتوز كمصدر للسكر. ولعل الأهم من ذلك، أنهم وجدوا أن إضافة كمية ضئيلة من معدن يسمى "موليبدات الصوديوم" إلى مزيج الغذاء عمل كمعزز قوي، مما أدى إلى زيادة كمية الإنزيم التي تنتجها البكتيريا بشكل كبير.

بمجرد تحسين ظروف النمو، انتقل الفريق إلى التحدي التالي: فصل الإنزيم عن البكتيريا والسائل الذي نمت فيه. استخدموا سلسلة من الخطوات الفيزيائية والكيميائية لتنقية المادة. أولاً، أضافوا الأسيتون البارد إلى السائل، مما تسبب في تكتل الإنزيم وترسبه خارج المحلول، وهي عملية تشبه كيفية جعل الملح يتبلور من الماء. ثم مرروا هذا الخليط عبر عمود مليء بحبيبات صغيرة، والتي عملت مثل المنخل لفرز البروتينات حسب الحجم. نجحت هذه العملية في عزل "التيروسيناز"، وكشفت أنه بروتين واحد نقي بوزن جزيئي يبلغ 75 كيلودالتون. وهذا مقياس لحجم الإنزيم، مما يشير إلى أنه جزيء كبير، تقريباً بحجم معقد بروتيني صغير. كان الإنزيم المنقى مستقراً ونشطاً في درجات حرارة تتراوح بين 30 و40 درجة مئوية، وهي نطاق مريح للعديد من العمليات البيولوجية، وعمل بشكل أفضل عند نفس درجة الحموضة المتعادلة 7.0.

كان الاختبار النهائي هو معرفة ما إذا كان هذا الإنزيم المنقى يمكنه بالفعل تنظيف التلوث في العالم الحقيقي. وللقيام بذلك، كان على الباحثين حماية الإنزيم حتى يمكن إعادة استخدامه ولا ينجرف بعيداً. لقد حبسوا الإنزيم داخل حبيبات صغيرة مصنوعة من "ألجينات الصوديوم"، وهي مادة هلامية مشتقة من الأعشاب البحرية. فكر في هذه العملية كوضع أداة دقيقة داخل قفص واقٍ لا يزال يسمح لها بالعمل. ثم وضعوا هذه الحبيبات في ماء ملوث بالفينول. كانت النتائج مذهلة؛ فخلال أربع ساعات، قامت حبيبات الإنزيم المثبتة بإزالة 95.5 بالمائ Cent من الفينول من الماء. وتعتبر هذه الكفاءة أعلى بكماً من العديد من الطرق المستخدمة حالياً، والتي غالباً ما تكافح لإزالة حتى نصف الملوثات. تشير الدراسة إلى أن هذه البكتيريا المحددة، Acinetobacter modestus NIPH 236، والإنزيم الذي تنتجه، يمكن أن يكونا حلاً فعالاً للغاية وصديقاً للبيئة لمعالجة مياه الصرف الصحي من مصافي النفط. ومن خلال تسخير القوة الطبيعية لهذا الميكروب، قد تجد الصناعات قريباً طريقة أرخص وأنظف لحماية مياهنا من النواتج الثانوية السامة للطاقة التي نعتمد عليها.