الكيمياء الحيويةملخصات أبحاث

ميكروب معدل وراثياً للحصول على البلاستيك من التربة

ميكروب معدل وراثياً للحصول على البلاستيك من التربة

ميكروب معدل وراثياً للحصول على البلاستيك من التربة، أظهر نوعٌ بكتيريٌّ يعيش في التربة -ذو شهية للمواد الهيدروكربونية- مستقبلاً واعداً كمصنع حيوي لتحويل مصدرٍ متجددٍ -ولكن للأسف غير مستغلّ – إلى بديلٍ للبلاستيك الموجود في كل مكان.

 يأمل الباحثون في جامعة ويسكونسن ماديسون، بالتعاون مع مركز أبحاث البحيرات العظمى للطاقة الحيوية GLBRC، بتحويل النباتات الخشبية إلى مصدرٍ بديلٍ للنفط في إنتاج الوقود والمواد الكيميائية الأخرى؛ التي تأتي سكرياتها من السيللوز الليفي الذي يكون جدران الخلايا النباتية.

ميكروب معدل وراثياً للحصول على البلاستيك من التربة

طريقة الحصول على هذه السكريات

ينطوي الكثير من العمل للحصول على هذه السكريات من خلال تجريد اللجنين lignin، وهو بوليمر يسد الفجوات بين السليلوز والمكونات الكيميائية الأخرى في جدران تلك الخلايا. هذا يهدر الكثير من السيللوز المفيد، والكثير من اللجنين -الذي لم يبدو أنه يحمل قيمة كبيرة أبدًا. تقوم مصانع الورق بتجريد اللجنين من الخشب لتصنيع الورق وذلك لأكثر من قرن، ومع عدم ظهور قيمة كبيرة لللجنين فإنه يحرق ببساطة في غلايات المصنع.

يقول ميغيل بيريز (Miguel Perez) طالب دراسات عليا في الهندسة المدنية والبيئية: “يقولون إن بإمكانك صنع أي شيء من اللجنين باستثناء المال”. ولكنهم لا يعرفون بكتيريا نوفوسفينغوبيوم الشرهة للمركبات العطرية Novosphingobium Aromaticivorans كما يعرفها بيريز.

يمكنك الاطلا ايضًا على: البلاستيك القابل للتحلل الحيوي

دراسة تحويل اللجين إلي سلعة أكثر قيمة

قام بيريز، ودانييل نوغويرا Daniel Noguera (أستاذ الهندسة المدنية والبيئية) وزملاؤهما في GLBRC ومعهد الطاقة في ويسكونسن، بنشر طريقة لتوظيف بكتيريا N. Aromaticivorans في تحويل اللجنين إلى سلعة أكثر قيمة.

  • يقول نوغويرا: “اللجنين هو المصدر الأكثر وفرة – بعد البترول – للمركبات العطرية على الكوكب”. تستخدم هذه المركبات لتصنيع المواد الكيميائية والبلاستيكية من البترول. لكن جزيئات اللجنين الكبيرة والمعقدة من الصعب اشتقاقها إلى أجزاء صغيرة مفيدة. يتم إدخال البكتيريا، والتي تم عزلها لأول مرة أثناء ازدهارها في تربة غنية بالمركبات العطرية بعد تلوثها بالمنتجات البترولية.
  • تعمل بكتيريا N. aromaticivorans كقمع بيولوجي للمواد العطرية في اللجنين؛ في حين تقوم الجراثيم بالتقاط واختيار الأغذية التي تناسبها. إنها فريدة من نوعها حيث أنها تستطيع هضم كل الأجزاء المختلفة من اللجنين تقريبًا وتحويلها إلى هيدروكربونات عطرية أصغر.
  • يقول بيريز: “قد تكون الميكروبات الأخرى التي جربت من قبل قادرة على هضم بعض أنواع العطريات الموجودة في اللجنين، ولكن هذا الميكروب، كان قادراً على تحطيم مجموعة واسعة من المركبات بشكل جيد جداً. وهذا يجعل منه أداة واعدة للغاية.”

ميكروب معدل وراثياً يقوم بعملية تحويل للمركبات

يحول الميكروب، في أثناء عملية الهضم، تلك المركبات العطرية إلى 2 -بايرون – 6,4 -ثنائي حمض الكربوكسيل المعروف أكثر باسم PDC. قام الباحثون، عن طريق إزالة ثلاثة جينات من الميكروب، بتحويل  PDC الوسيط إلى مركب نهائي.  فأصبحت هذه البكتيريا المعدّلة عبارة عن قمع تصب فيها قطع اللجنين المختلفة، وتتدفق منه مركبات PDC.

استخدامات مركبات PDC

  • استخدم مهندسو الأحياء في اليابان الـ PDC لصنع مجموعة متنوعة من المواد التي ستكون مفيدة كمنتجات استهلاكية. 
  • يقول بيريز: “لقد اكتشفوا أن المركب يعمل بنفس كفاءة المضافات البترولية لبوليميرات PET أو أفضل -وهي البوليمرات الأكثر شيوعًا التي يتم إنتاجها في العالم وتصنع منها القوارير البلاستيكية والألياف الصناعية.”

يمكنك الاطلاع ايضًا على: البلاستيك الحيوي في طريقه ليكون أكثر صداقةً مع البيئة

ميكروب معدل وراثباً بديلاً للبلاستيك

سيكون هناك بديلٌ جذابٌ للبلاستيك -بديل من شأنه أن يتحلل بشكل طبيعي في البيئة، ولن يرشح مركبات تحاكي الهرمونات في الماء – فقط إذا كان من السهل الحصول على PDC. يقول نوغويرا: “لا توجد عملية صناعية للقيام بذلك، لأن الحصول على PDC صعب للغاية من خلال الطرق الحالية”. لكن إذا كنا نصنع الوقود الحيوي من السيللوز وننتج اللجنين -الذي اعتدنا على حرقه – فإنه بتحويل اللجنين إلى PDC من المحتمل أن نغير الاستخدام الصناعي لهذا المركب.”

يمكن، في الوقت الحالي، أن يؤدي التباين الهندسي في N. aromaticivorans إلى تحويل 59٪ على الأقل من مركبات اللجنين المفيدة إلى PDC. لكن الدراسة الجديدة تشير إلى وجود إمكانات أكبر، وبيريز لديه أهداف لمزيد من التلاعب بالميكروب.

المصادر:

Perez, JM., & et al. Funneling aromatic products of chemically depolymerized lignin into 2-pyrone-4-6-dicarboxylic acid with Novosphingobium aromaticivorans. Green Chemistry, 2019; DOI: 10.1039/C8GC03504K

Engineered microbe may be key to producing plastic from plants. University of Wisconsin-Madison. Retrieved November 30, 2019, from https://news.wisc.edu/engineered-microbe-may-be-key-to-producing-plastic-from-plants/

شارك هذه المادة!

ماهر شعار

درس ماهر الكيمياء الحيوية في جامعة حلب في سورية حتى نهاية السنة الثالثة. تابع دراسته للكيمياء في جامعة Binghamton في الولايات المتحدة الأميركية، حيث حصل على درجة البكالوريوس في الكيمياء الحيوية. شارك في العديد من الأبحاث العلمية. أسس مبادرة الكيمياء العربي مع بداية سنة 2013.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى