Isolation and Characterization of PET-Degrading Bacteria from Plastic Waste- Contaminated Soil in Western India

مشكلة البلاستيك والأبطال الصغار

تخيل الأرض كمدينة ضخمة وصاخبة حيث كل شيء مصنوع من مكعبات بناء متينة وغير قابلة للكسر. لعقود من الزمن، كنا نستخدم نوعًا خاصًا من المكعبات يسمى البلاستيك، وتحديدًا النوع المعروف باسم PET (المادة المستخدمة في زجاجات المياه وعبوات المشروبات الغازية). المشكلة هي أن هذه المكعبات قوية جدًا لدرجة أن طاقم التنظيف المعتاد في الطبيعة — البكتيريا والفطريات — لا تعرف كيف تأكلها. إنها تظل هناك فحسب، تتراكم في المكبات والمحيطات لمئات السنين، لأنها لا تتحلل مثل لب التفاحة أو ورقة شجر ساقطة.

لقد كان العلماء يبحثون عن "مضغ-خارق"، وهو كائن مجهري تعلم كيفية فك هذه المكعبات البلاستيكية القوية وتحويلها إلى فتات صغير غير ضار. هذا المجال من الدراسة يسمى المعالجة الحيوية (bioremediation)، وهو مجرد طريقة منمقة لقول "استخدام الطبيعة لتنظيف فوضانا". السؤال الكبير هو: هل يمكننا العث find بكتيريا تتعامل مع البلاستيك كوجبة خفيفة بدلاً من جدار؟ إذا تمكنا من العثور على واحدة، فقد نتمكن من تحويل جبال البلاستيك لدينا إلى مكونات طبيعية بسيطة مرة أخرى، بدلاً من حرقها أو دفنها للأبد.

البحث عن آكلي البلاستيك

في هذه الدراسة، قرر فريق من الباحثين من شركة "إنفينيتا بيوتيك" (Infinita Biotech) في غرب الهند القيام برحلة بحث عن كنز. كانوا يعلمون أنه إذا تركت كومة من النفايات في مكان واحد لفترة طويلة، فإن الطبيعة تحاول في النهاية التكيف معها. لذا، ذهبوا إلى مكب نفايات قديم في فادودارا، غوجارات، حيث كانت النفايات البلاستيكية تقبع منذ سنوات. حفروا في التربة، بحثًا عن الأبطال الصغار غير المرئيين الذين ربما تعلموا الاقتيات على البلاستيك.

الحفر الكبير واختبار "المنطقة الشفافة"
جمع الفريق عينات تربة من عمق يتراوح بين 1 إلى 3 أمتار. وبالعودة إلى المختبر، لعبوا لعبة "البحث عن الآكل". أخذوا التربة، وخلطوها بالماء، ونشروها على أطباق خاصة من الجيلاتين (الآجار) التي تحتوي على قطع صغيرة من بلاستيك PET الممزوج بها. كان الطعام الوحيد الموجود على هذه الأطباق هو البلاستيك نفسه. إذا هبطت بكتيريا هناك وكانت تعرف كيف تأكل البلاستيك، فستبدأ في النمو وإفراز إنزيمات (مقصات جزيئية صغيرة) لتقطيع البلاستيك. ومع ذوبان البلاستيك، ستظهر حلقة شفافة وواضحة حول المستعمرة البكتيرية، تشبه خندقًا من الماء الصافي حول قلعة.

لقد وجدوا 25 نوعًا مختلفًا من البكتيريا التي يمكنها فعل ذلك! بعضها كان سريعًا، حيث أظهر المنطقة الشفافة في غضًا 24 ساعة فقط، بينما استغرق البعض الآخر وقتًا أطول قليلاً. قاموا بتصنيف هذه البكتيريا الـ 25 إلى أربعة فرق بناءً على سرعة تكوين هذه الحلقات الشفافة وما إذا كانت موجبة الجرام أو سالبة الجرام (وهي طريقة أساسية يستخدمها العلماء للتمييز بين البكتيريا، تشبه تصنيفها حسب "درع" جدار الخلية الخاص بها).

تحدي الملح: هل يمكنهم السباحة في المحيط؟
هنا يصبح الأمر رائعًا حقًا. أراد الباحثون معرفة ما إذا كانت هذه البكتيريا تستطيع البقاء على قيد الحياة في البيئات المالحة، مثل المحيط، المليء بالمياه المالحة. اختبروا البكتيريا في أطباق تحتوي على 3% و5% من الملح. في معظم الأوقات، يقتل الملح العالي البكتيريا أو يوقف عملها. ولكن خمن ماذا؟ الكثير من آكلي البلاستيك هؤلاء لم يكتفوا بالبقاء على قيد الحياة فح، بل ازدهروا! في الواقع، صنعت بعضها حلقات شفافة أكبر في الماء المالح مما فعلته في الماء العادي. هذا يشير إلى أنها قد تكون مرشحة مثالية لتنظيف التلوث البلاستيكي في المحيطات، وليس على الأرض فحسب.

من هم هؤلاء الآكلون الخارقون؟
بعد ذلك، أخذ الفريق أفضل 9 من أدائهم إلى مختبر عالي التقنية لتسلسل الحمض النووي الخاص بهم. أرادوا معرفة من يتعاملون معه بالضبط. أظهرت النتائج أن معظم هذه البكتيريا تنتمي إلى عائلتين رئيسيتين: Pseudomonas و Stutzerimonas. وتحديدًا، وجدوا أنواعًا مثل Pseudomonas yangonesis و Stutzerimonas stutzeri. هذه ليست أنواعًا جديدة تم اكتشافها لأول مرة، ولكن العثور عليها في هذا السياق المحدد ورؤيتها تعمل بشكل جيد على البلاستيك هو الاكتشاف الرئيسي.

إثبات اختفاء البلاستيك بالفعل
مجرد قيام البكتيريا بعمل حلقة شفافة لا يعني أنها أكلت البلاستيك بالفعل؛ فربما قامت فقط بتحريكه من مكانه. ولإثبات أنها كانت تفككه حقًا، استخدم الباحثون تقنية تسمى كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة (TLC). فكر في هذا كاختبار بصمات للمحققين. أخذوا السائل من خزان البكتيريا وأجروا عليه عملية ترشيح خاصة. وجدوا بصمات كيميائية لـ "حمض التيريفثاليك" (TPA) و "بيس (2-هيدروكسي إيثيل) تيريفثالات" (BHET). هذه هي القطع المحددة التي يتفكك إليها بلاستيك PET عندما يتم أكله. العثور على هذه القطع أكد أن البكتيريا كانت بالفعل تقطع البلاستيك إلى وحداته البنائية.

"المجموعة الخارقة" والمستقبل
حاول الباحثون أيضًا خلط جميع البكتيريا معًا في "تجمع" (consortium) واحد كبير (عمل جماعي). وبينما كانت بعض البكتيريا الفردية رائعة في صنع حلقات شفافة، إلا أن المجموعات المختلطة لم تكن دائمًا تفكك البلاستيك بنفس الكفاءة في الاختبارات السائلة. هذا يشير إلى أنه عندما تعمل البالبات معًا، فإنها أحيانًا تعيق بعضها البعض أو تتنافس على الموارد، مما يجعل المهمة أصعب مما هي عليه عندما يقوم عامل واحد قوي بالمهمة بمفرده.

كما تمكنوا أيضًا من تركيز "المقصات الجزيئية" (الإنزيمات) التي تفرزها البكتيريا في الماء باستخدام مرشح خاص. ورأوا أن السائل أصبح غنيًا بالبروتينات، مما يؤكد أن البكتيريا كانت تفرز بالفعل الأدوات اللازمة لقطع البلاستيك.

ماذا يعني هذا (وماذا لا يعني)
تشير هذه الورقة البحثية إلى أننا وجدنا مجموعة واعدة من البكتيريا المحلية في الهند التي يمكنها أكل البلاستيك، حتى في الظروف المالحة. وهي تثبت أن هذه البكتيريا يمكنها تحويل PET إلى مواد كيميائية أبسط مثل TPA. ومع ذلك، تشير الدراسة أيضًا إلى أنهم لم يتمكنوا من قياس الوزن المفقود من البلاستيك بدقة تامة (كانت الأرقام صغيرة جدًا، بين 0.1% و 0.7%)، ولم يحددوا بالكامل الأسماء المحددة لكل إنزيم يقوم بعملية التقطيع.

لذا، بينما لا يعد هذا عصا سحرية ستنظف عالمنا من البلاستيك فورًا، إلا أنه دليل قوي جدًا. إنه يوضح لنا أن الطبيعة قد بدأت بالفعل عمل التكيف، ومن خلال العثور على هذه البكتيريا وفهمها، قد نتمكن من بناء طرق طبيعية أفضل لتنظيف نفاياتنا البلاستيكية في المستقبل. يخطط الباحثون الآن لدراسة هذه البكتيريا عن كثب أكثر لمعرفة كيف يمكننا استخدامها لمواجهة مشكلة البلاستيك مباشرة.