يمكن الميكروبات الموجودة في معدة الأبقار أن تلتهم أنواعًا معينة من البلاستيك، متضمنةً تيرفثالات البولي إيثيلين المستخدمة في زجاجات الصودا وتعبئة الأغذية والأقمشة الاصطناعية.
كشف العلماء عن هذه الميكروبات في سائل سُحب من المعدة الأولى لحيوان مجتر. تشمل الحيوانات المجترة الحيوانات ذات الحوافر مثل الماشية والأغنام، التي تعتمد على الكائنات الحية الدقيقة للمساعدة في إيقاف نظامها الغذائي المعتمد على الغطاء النباتي الخشن. وفقًا لجامعة مينيسوتا، تعمل المعدة الأولى حاضنةً لهذه الميكروبات، تهدم أو تخمر الأطعمة التي تستهلكها البقرة أو الحيوان المجتر عمومًا.
افترض الباحثون أن بعض الميكروبات المترسبة في المعدة الأولى للأبقار تهضم البوليستر، وهي مواد ترتبط جزيئاتها بما يسمى (مجموعات إستر).
بسبب نظامها الغذائي، تستهلك الأبقار البوليستر الطبيعي الذي تنتجه النباتات ويسمى كيوتين. بوصفه بوليستر اصطناعي، تملك تيرفثالات البولي إيثيلين بنية كيميائية مماثلة للبوليستر الطبيعي. تقول المؤلفة دوريس ريبيتش، من جامعة الموارد الطبيعية وعلوم الحياة في فيينا: يشكل الكيوتين معظم القشرة أو الطبقة الخارجية الشمعية لجدران الخلايا النباتية، يمكن العثور عليه بوفرة في قشور الطماطم والتفاح مثلًا.
عندما تريد الفطور أو البكتيريا اختراق هذه الفواكه، فإنها تنتج إنزيمات قادرة على اختراق الكيوتين، أو تقسيم الروابط الكيميائية داخل المادة، بوسع إنزيمات الكيوتينات تحديدًا تحليل الكيوتين، إذ تبدأ تفاعلًا كيميائيًا تحطم فيه جزيئات الماء المادة إلى أجزاء صغيرة.
عزلت ريبيتش وزملاؤها هذه الأنزيمات من الميكروبات سابقًا، وأدركوا أن الأبقار قد تكون مصدرًا للكائنات الهاضمة لأنواع مماثلة من البوليستر: تستهلك هذه الحيوانات الكثير من المواد النباتية وتحللها، لذلك قد تجد مثل هذه الميكروبات تعيش في معدة الأبقار.
نُشرت الدراسة الجديدة في مجلة الحدود في الهندسة الحيوية والتكنولوجيا الحيوية، وجدوا فيها أن الميكروبات المستخرجة من المعدة الأولى للأبقار قد تحلل ليس فقط تيرفثالات البولي إيثيلين، بل أيضًا اثنين من اللدائن الأخرى، أديبات البولي إيثيلين تيرفثالات، المستخدم في الأكياس البلاستيكية القابلة للتحويل إلى سماد، وفورونات البولي إيثيلين، المصنوع من المواد المتجددة المشتقة من النباتات.
لتقييم مدى قدرة هذه الميكروبات المحمولة في المعدة الأولى للأبقار على هضم البلاستيك، غمر الفريق كل من أنواع البلاستيك في سائل المعدة، مدةً تتراوح بين يوم و3 أيام، ثم قاسوا المنتجات الثانوية التي تطلقها المواد البلاستيكية، لتحديد هل حللت هذه الحشرات المواد إلى مكوناتها، ومدى انتشارها أيضًا، وأبلغ الفريق أن سائل المعدة يحلل أنواع البلاستيك الثلاثة، ويفكك تيرفثالات البولي إيثيلين بصورة أكثر فعالية وكفاءة.
أخذ الفريق عينات من الحمض النووي لسائل المعدة، لمعرفة الميكروبات المسؤولة عن التحلل البلاستيكي. ينتمي 98% من الحمض النووي لمملكة البكتيريا، والنوع الأكثر انتشارًا هو سيدوموناس، إذ ثبت أن عدة أنواع تعمل على تحليل البلاستيك، وفقًا للتقارير الواردة في مجلة علم الأحياء الدقيقة والتكنولوجيا الحيوية ومجلة المواد الخطرة.
البكتيريا من جنس الجراثيم الجريبية عديمة الحركة، تتكاثر أيضًا بكميات عالية في سائل المعدة، وبالمثل تبين أن العديد من الأنواع داخل هذا الجنس تحلل البوليستر الصناعي، كما ورد في تقرير صدر عام 2017 في مجلة الكيمياء الزراعية والغذائية.
تريد ريبيتش وفريقها في مراحل لاحقة تصنيف البكتيريا الآكلة للبلاستيك بالكامل في سائل المعدة، وتحديد الأنزيمات المحددة التي تستخدمها البكتيريا لتحليل البلاستيك. إذا حددوا الأنزيمات التي قد تفيد في إعادة التدوير، يمكنهم صناعة الميكروبات التي تنتج تلك الأنزيمات بكميات كبيرة، دون الحاجة لجمع الميكروبات من معدة الأبقار، بهذه الطريقة يمكن إنتاج الأنزيمات بسهولة وبتكلفة أقل، لاستخدامها على نطاق صناعي.
قال ديفيد ليفين عالم الأحياء الجزيئية والتكنولوجيا الحيوية غير المشارك في الدراسة: قد تمثل معدة الأبقار بيئة يمكن فيها اكتشاف أنواع مساعدة من الإنزيمات، تظهر هذه الإنزيمات في أماكن عديدة في الطبيعة. مثلًا، بكتيريا (إيدونيلا ساكانيسيس)، التي تستطيع استهلاك مادة تيرفثالات البولي إيثيلين، وتُعد نوعًا مشاركًا في التخمير. بعض الكائنات البحرية تفرز الكيوتينات التي تحلل البلاستيك، كما تفعل الفطريات المختلفة التي تصيب النباتات البرية.
عثر العلماء على إنزيمات آكلة للبلاستيك تحلل تيرفثالات البولي إيثيلين، والبلاستيك القابل للتحلل الحيوي مثل أديبات البولي بيوتيلين تيرفثالات وفورونات البولي إيثيلين. يكمن التحدي الحقيقي في إيجاد إنزيمات لتحليل المنتجات البلاستيكية المزعجة.
قالت ريبيتش: مثلًا، يتكون البلاستيك مثل البولي إيثيلين والبولي بروبلين من روابط قوية بين ذرات الكربون، تحد هذه البنية من قدرة الإنزيمات على الإمساك بالجزيئات والتحلل المائي السريع.
قال ليفين: مع أن العلماء وصفوا الإنزيمات التي تحلل تيرفثالات البولي إيثيلين، فإنهم ما زالوا يبحثون عن الميكروبات التي يمكنها التعامل مع البولي إيثيلين والبولي بروبلين.
حدد ليفين وفريقه بعض المرشحين الواعدين فيما يخص ذلك، لكنهم ما زالوا يكتشفون كيفية زيادة قدرات الكائنات الدقيقة على تناول البلاستيك.
قالت ريبيتش أن فريقها يبحث عن الجراثيم التي يمكنها استهلاك البولي إيثيلين، وتساءلت هل تلك الكائنات الدقيقة كامنة في معدة الأبقار؟ وأضافت: ربما يمكننا أن نجد في مثل هذه المجتمعات الضخمة –مثل سائل المعدة- إنزيمات يمكنها أن تحلل البولي بروبيلين والبولي إيثيلين.
اقرأ أيضًا:
ثلاثة أخطاء نرتكبها عند إعادة التدوير
تهجين إنزيم متحول ليصبح أفضل ست مرات في التهام البلاستيك
ترجمة: حلا بوبو
تدقيق: سماح عبد اللطيف
