Characterization, Identification, and Optimization of Amylase-producing Bacterial Isolates From Sewage Water and Soil Recieving Kitchen

تخيل العالم المجهري كمدينة صاخبة وغير مرئية، حيث تعمل كائنات دقيقة تسمى البكتيريا باستمرار. بعض هذه البكتيريا يشبه الطهاف المهرة، ولكن بدلاً من طهي العشاء لنا، فإنها تنتج أدوات خاصة تسمى الإنزيمات. أحد أكثر هذه الأدوات فائدة في مطبخهم هو "الأميلاز". فكر في الأميلاز كمقصات جزيئية يمكنها قص سلاسل النشا الطويلة واللزجة (مثل النوع الموجود في البطاطس والخبز والأرز) إلى سكريات أصغر وأبسط. لماذا نهتم بهذه المقصات الجزيئية؟ لأن الصناعات تستخدمها لصنع كل شيء، بدءاً من منظفات الغسيل التي تنظف بشكل أفضل وصولاً إلى المحليات لأطعمتنا. وللعثبوث أفضل "الطهاف" لإنتاج هذه المقصات، غالباً ما يبحث العلماء في الأماكن التي تكون فيها الطبيعة مشغولة بتفكيك بقايا الطعام، مثل التربة المختلطة بنفايات المطبخ أو المياه المتدفقة من مغاسلنا. والسؤال الكبير هو: أي بكتيريا هي الأفضل في هذه الوظيفة، وما هي الظروف التي تجعلها تعمل بأقصى طاقتها؟

هذه الدراسة، التي أجراها باحثون في جامعة دبر برهان في إثيوبيا، ذهبت في رحلة بحث عن الكنز للعثيد هذه البكتيريا المنتجة للأميلاز. لم يبحثوا في مختبر فاخر؛ بل بحثوا في الأماكن "القذرة": مياه الصرف الصحي والتربة التي كانت تتلقى نفايات المطبخ. جمع الفريق عينات ووجد خمسة مرشحين واعدين من البكتيريا، وأعطاهم أسماء مثل "S3" (للتربة) و"W3" (للمياه). كان هدفهم هو التعرف على هذه البكتيريا جيداً بما يكفي لمعرفة العائلة التي تنتمي إليها وكيفية جعلها تنمو بأقصى قدر ممكن.

أولاً، لعب العلماء دور المحقق لتحديد المشتبه بهم. نظروا في كيفية حركة البكتيريا، وما إذا كان بإمكانها البقاء على قيد الحياة في الحرارة عن طريق تشكيل قشور صلبة تسمى الأبواغ، وكيف تفاعلت مع اختبار كيميائي يسمى اختبار خيط KOH (الذي يعمل مثل جهاز كشف الكذب للجدران الخلوية). واكتشفوا وجود شخصية منقسمة في مجموعتهم: كانت البكتيريا من التربة (S3، S4، S5) جنوداً من نوع "غرام موجب" قوية وصانعة للأبواغ، بينما كانت البكتيريا من مياه الصرف الصحي (W3، W5) "متجولين" من نوع "غرام سالب" ناعمين وغير صانعين للأبواغ. ومن خلال مقارنة سماتها بكتاب مرجعي شهير يسمى "دليل بيرجي" (Bergey's Manual)، حدد الباحثون أن المجموعة ككل تنتمي إلى عائلات Bacillus وYersinia وProvidencia، رغم أنهم لم يخصصوا عائلة محددة لكل عزلة على حدة.

لكن معرفة من هم ليست سوى نصف المعركة؛ فقد أراد الباحثون أيضاً معرفة كيفية جعل هذه البكتيريا تقيم أكبر حفلة نمو. لقد اختبروا البكتيريا تحت ظروف مختلفة، مثل تغيير درجة الحرارة، والحموضة (pH)، والملوحة، وكمية طعام النشا المتاحة. ووجدوا أن هذه البكتيريا كانت "متطلبة في أكلها" وحساسة لدرجة الحرارة. وبينما استطاعت البقاء في بيئات متنوعة، إلا أنها أحبت بشدة درجة حرارة مريحة تبلغ 37 درجة مئوية (حوالي درجة حرارة الجسم) وبيئة حمضية قليلاً بـ pH يبلغ 5.

وعندما تعلق الأمر بالملح، كان للبكتيريا تفضيل واضح: فقد نمت بشكل أفضل مع القليل جداً من الملح (1% NaCl). ومع إضافة المزيد من الملح (حتى 7%)، تباطأ نمو البكتيريا، مثل عداء يثقله حقيبة ظهر ثقيلة. ومن المثير للاهتمام أن العكس حدث مع النشا؛ فكلما زاد النشا الذي تأكله، نمت بشكل أفضل. وصلت البكتيريا إلى ذروة نموها عندما غُذيت بنظام غذائي مكون من 7% نشا. وهذا يشير إلى أنه إذا كنت تريد حصاد أكبر قدر من إنزيم الأميلاز من هذه البكتيريا، فيجب عليك إطعامها الكثير من النشا وإبقاء الملح منخفضاً.

تخلص الدراسة إلى أن التربة التي تتلقى نفايات المطبخ ومياه الصرف الصحي هي بالفعل مناجم ذهب للعثور على هذه البكتيريا المفيدة. ويقترح الباحثون إمكانية استخدام هذه العزلات المحددة لإنتاج إنزيمات الأميلاز على نطاق واسع. ومع ذلك، فقد أشاروا أيضاً إلى أنه بينما حددوا عائلات البكتيريا، لا يزال هناك المزيد من العمل للقيام به. وللتأكد تماماً من الأنواع وللحصول على معلومات أكثر تفصيلاً، يجب أن تستخدم الدراسات المستقبلية اختبارات جزيئية متقدمة، مثل قراءة الشفرة الوراثية للبكتيريا. في الوقت الحالي، نحن نعلم أن هؤلاء العمال المجهريين من نفاياتنا وتربتنا المحلية مستعدون للعمل، بشرط أن نمنحهم درجة الحرارة المناسبة، والحموضة المناسبة، والكثير من النشا ليمضغوه.