الميكروبات في المحيطات والتربة تتطور... وتأكل البلاستيك!

كشفت دراسة جديدة أنّ الميكروبات في المحيطات والتربة تتطور لأكل البلاستيك، وهو اكتشاف يمكن أن يساعد في تعزيز إعادة تدوير نفايات التغليف التجارية.

قام الباحثون في السويد بقياس عينات من الحمض النووي في مئات المواقع حول العالم، مأخوذة من التربة والمياه.

ووجد الباحثون 30 ألف من الإنزيمات في هذه العينات من الحمض النووي التي لديها القدرة على تحليل 10 أنواع مختلفة من البلاستيك شائعة الاستخدام، بما في ذلك البولي ايثيلين تيريفثالات (PET) المستخدمة على نطاق واسع.

ويبدو أنّ هناك تركيزاً أعلى من الميكروبات التي تأكل البلاستيك حيث يوجد المزيد من النفايات البلاستيكية لكي تقوم بتحليلها.
ويعتقد أنّ الاستخدام المتزايد للبلاستيك للتغليف على مدى السنوات ال 70 الماضية قد أعطى ‘الوقت التطوري الكافي’ لمختلف الميكروبات الموجودة في البيئة للاستجابة لهذه المركبات.

وقد انفجر الإنتاج الضخم من البلاستيك من حوالي 2 مليون طن سنوياً في عام 1950 إلى حوالي 380 مليون، وفقاً ل Our World in Data.
بعض المواقع التي تحتوي على أكبر كميات كانت مناطق شديدة التلوث، بما في ذلك البحر الأبيض المتوسط وجنوب المحيط الهادئ.

وقد قاد الدراسة الجديدة باحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا (CUT)، ونشرت في مجلة mBIO.
وقال المؤلف ألكسي زيليزنياك: “باستخدام نماذجنا، وجدنا العديد من الأدلة التي تدعم حقيقة أنّ إمكانات تحلل البلاستيك في الميكروبيوم العالمي ترتبط بقوة بقياسات التلوث البيئي بالبلاستيك.”

وقال إنّ هذا دليل كبير على كيفية استجابة البيئة للضغوط التي نضعها عليها.

ويقول الباحثون إنّ استخدام البيولوجيا التركيبية، أي إعادة تصميم الكائنات الحية لأغراض مفيدة، له أهمية حاسمة في المعركة ضد النفايات، حيث أنّ عمليات تحلل البلاستيك الطبيعي بطيئة للغاية.

على سبيل المثال، يتراوح العمر المتوقع لزجاجة البولي إيثيلين تيريفثالات في ظل الظروف المحيطة من 16 إلى 48 عاماً.
من المعروف بالفعل أنّ الإنزيمات المختلفة لديها القدرة على تحليل المواد البلاستيكية المختلفة. في عام 2016، اكتشف باحثون في اليابان بكتيريا كانت تتغذى على PET المستخدمة على نطاق واسع.

وذكروا أنّ البكتيريا، التي تسمى إيديونيلا ساكاينسيس 201-إف6، كانت قادرة على استخدام PET كمصدر للطاقة.

ومن خلال تحريات الفريق الياباني تمّ تحديد الإنزيمات التي تعمل مع الماء لتحطيم PET إلى كتل أبسط.
بالنسبة للدراسة الجديدة، أخذ الباحثون عينات من التربة والمياه من 169 موقعاً في 38 دولة، بما في ذلك الولايات المتحدة والهند والصين وأستراليا والمحيط الأطلسي والمحيط الهادئ.

من بين العينات، استخدم الباحثون النمذجة الحاسوبية للبحث عن الإنزيمات الميكروبية ذات الإمكانات المحللة للبلاستيك.
ثم تمت الإشارة إلى هذه المعلومات مع الأرقام الرسمية لتلوث النفايات البلاستيكية عبر البلدان والمحيطات.

قام الباحثون بالتحكم في أي ‘إيجابيات كاذبة’ باستخدام بيانات من الميكروبيوم البشري، أي الجينومات الجماعية للكائنات الحية الدقيقة في أمعائنا، والتي لا يعتقد أنها تحتوي على إنزيمات أكل البلاستيك.
في المجموع، تم العثور على أكثر من30 ألف انزيم “متجانسة” مع القدرة على تحليل 10 أنواع مختلفة من البلاستيك شائعة الاستخدام.

تعتبر المتجانسات أعضاء في تسلسل البروتين والتي تتقاسم خصائص مماثلة.
وقال المؤلف جان زريمك من المعهد الوطني للبيولوجيا في سلوفينيا: “هذا اكتشاف مفاجئ يوضح حجم القضية حقاً.”

“في الوقت الحالي، لا يُعرف سوى القليل جداً عن هذه الإنزيمات المحللة للبلاستيك، ولم نتوقع العثور على مثل هذا العدد الكبير منها عبر العديد من الميكروبات والموائل البيئية المختلفة.”

ويعتقد الباحثون أنّ نتائجهم يمكن أن تستخدم لاكتشاف وتكييف الإنزيمات لعمليات إعادة التدوير الجديدة.
وقال زيليزنياك: “إنّ الخطوة التالية ستكون اختبار أكثر المرشحين الواعدين للإنزيم في المختبر للتحقيق عن كثب في خصائصهم ومعدل تحلل البلاستيك الذي يمكنهم تحقيقه.”

“من هناك يمكنك هندسة المجتمعات الميكروبية مع وظائف مهينة مستهدفة لأنواع محددة من البوليمر.”