ميكروبات آكلة للبلاستيك.. هل تقضي على مشكلة إعادة التدوير؟

يبحث "محمد رضا كوردوفا" عن الكنز وسط زجاجات المياه والأكياس والأكواب البلاستيكية التي تخنق الشواطئ والشعاب المرجانية وغابات المنغروف حول جاكرتا بإندونيسيا. في الوحل الغني بالميكروبات لبعض تلك القمامة، يأمل "كودوفا" في العثور على كائنات حية للمساعدة في حل مشكلة البلاستيك الذي يغمر الكوكب.

يقوم "كوردوفا"، عالم الأحياء البحرية، بجمع عينات وإعادتها إلى مختبره في مركز أبحاث علم المحيطات في إندونيسيا، حيث يخطط لاستزراع الميكروبات وإطعامها البلاستيك. ويقول: "نأمل أن نجد الميكروبات الأكثر فاعلية التي يمكنها أن تأكل البلاستيك".

نفايات البلاستيك وقودًا للطائرات

يبحث العشرات من الباحثين في جميع أنحاء العالم عن ميكروبات مضغ البلاستيك في الينابيع الساخنة الحارقة في منتزه يلوستون الوطني، وشواطئ الجزر النائية في المحيط الهادي. وقد وجد بعض العلماء بالفعل بكتيريا تمتلك إنزيمات قادرة على تكسير البلاستيك الشائع المستخدم في صناعة زجاجات المياه والملابس.

من المتوقع أن يصل انتاج البلاستيك في العالم إلى 600 مليون طن سنويًا بحلول عام 2050

ويُعاد تدوير جزء صغير من البلاستيك حاليًا وذلك عن طريق فرز الأنواع القابلة للاستخدام وتحويلها إلى مواد بلاستيكية منخفضة الجودة مثل الأكياس والخشب الصناعي. وفي عام 2014 تم إعادة تدوير 19٪ فقط من إجمالي البلاستيك، وفقًا لدراسة أجريت عام 2017 في Science Advances. وفي الوقت نفسه، من المتوقع أن ينمو إنتاج البلاستيك بنسبة 70٪ بحلول عام 2050 إلى ما يقرب من 600 مليون طن سنويًا.

النفايات البلاستيكية قد تعادل وزن 3 ملايين حوت أزرق

وتقول "كارا لافندر لو"، عالمة المحيطات في جمعية تعليم البحار في وودز هول بولاية ماساتشوستس،:" إن الإنزيمات هي حل جذاب، فعلى عكس العديد من المواد الكيميائية الصناعية، تعمل الإنزيمات في درجات حرارة منخفضة نسبيًا وتختار الجزيء الذي تتفاعل معه مما يمكّن الإنزيم من استهداف مادة بلاستيكية واحدة في حساء من البوليمرات".

وقد بدأ العلماء في البحث عن مثل هذه الإنزيمات بشكل جدي في عام 2016، بعد أن قام باحثون يابانيون بتحليل الطين بالقرب من مصنع إعادة تدوير البلاستيك ليجدوا بكتيريا ذات شهية غير عادية للبلاستيك. أنتج الكائن الحي اثنين من الإنزيمات التي مكنته من التغذي على البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) عن طريق تقسيمه إلى لبنات البناء، وحمض التريفثاليك والإيثيلين جلايكول. توجد مادة البولي إيثيلين تيرفثالات في زجاجات المشروبات ذات الاستخدام الواحد والألياف في الملابس المصنوعة من البوليستر، وتشكل حوالي خمس إنتاج البلاستيك في جميع أنحاء العالم. ويصعب إعادة تدوير القماش اليوم لأنه غالبًا ما يتم خلطه بمواد أخرى. على الرغم من أن زجاجات البولي ايثيلين تيريفثالات أبسط، إلا أنه تم إعادة تدوير 29٪ فقط منها  في الولايات المتحدة في عام 2018.

النفايات البلاستيكية تحت القصف

وفي إندونيسيا، بالإضافة إلى جمع البكتيريا من القمامة البلاستيكية، يخطط "كوردوفا" للتعمق في الوحل عند جذور أشجار المنغروف. الميكروبات التي تتغذى في الأصل على أوراق المنغروف القاسية كان لديها عقود لتطور قدرتها على تفكيك الأكياس البلاستيكية التي تتشبث بالجذور. وسيتم شحن أي بكتيريا مرشحة واعدة يجدها "كوردوفا" إلى مختبر "ماكجيهان". لبلورة الإنزيمات الواعدة، ثم استخدام علم البلورات بالأشعة السينية للنظر في هياكلها، وفك تشفير كيفية ارتباطها بالبوليمرات والمساعدة في كسر روابطها الكيميائية. وأسفر العمل بالفعل عن رؤى حول أشكال الإنزيمات. على سبيل المثال، تحتوي إنزيمات تكسير مادة PET، على واد في سطحها يستقر فيه جزيء البلاستيك. إذ أن هناك ثلاثي مميز من الأحماض الأمينية يهاجم الروابط الجزيئية التي تربط وحدات البوليمر.

وباستخدام هذه المعلومات، يقوم العلماء بمسح قواعد بيانات الجينوم البكتيري بحثًا عن تسلسل الحمض النووي الذي يرمز لجزيئات مماثلة, ثم يستخدم الباحثون أجهزة الكمبيوتر لنمذجة كيفية تحسين البروتينات بشكل مصطنع. والبحث عن الإنزيمات التي تدغدغ البلاستيك". وقد لا تنهي هذه الإنزيمات مأزق إعادة التدوير بشكل عام، إذ تعمل بشكل أفضل على البلاستيك المصنوع من ذرات الكربون المرتبطة بذرة الأوكسجين، حيث توجد مثل هذه البوليمرات، المسماة بوليستر أيضًا في ألياف النبات، والتي طورتها البكتيريا ملايين السنين لتتغذى عليها.

على النقيض من ذلك، فإن اللدائن ذات الروابط التي تربط ذرات الكربون مباشرة أقوى والتي تمثل أكثر من نصف المواد البلاستيكية المصنوعة، وتشمل البولي إيثيلين لأكياس البقالة المنتشرة في كل مكان والبولي بروبيلين الذي يشكل مجموعة مذهلة من المنتجات المتنوعة مثل زجاجات المشروبات الغازية ولوحات قيادة السيارات. وفي السنوات الأخيرة، كشف العلماء عن كائنات حية يمكن أن تتغذى على مثل هذه المواد البلاستيكية بما في ذلك يرقات عثة الشمع. لكن باحثون يشككون في أن المواهب الكيميائية لتلك الكائنات ستترجم إلى إعادة تدوير عملية للبولي إيثيلين أو البولي بروبلين.

ويمكن أن تكون الإنزيمات صعبة، حيث تفشل في درجات الحرارة العالية اللازمة لإقناع التفاعلات الكيميائية في العديد من البلاستيك. كما أن الإنزيمات تميل أيضًا إلى العمل بشكل أبطأ من الكيماويات الصناعية، مما يجعلها غير فعالة. ويقول "جورج هوبر"، مهندس كيميائي في جامعة ويسكونس (UW): "إنك تعود دائمًا إلى التحليل التقني والاقتصادي فالاقتصاد يهيمن على كل شيء". هذا صحيح بالنسبة لجميع طرق إعادة التدوير الأنزيمية التي تدخل في معظم البلاستيك فهي رخيصة نسبيًا. لكن حتى لو كانت المواد المعاد تدويرها رخيصة بما يكفي للتنافس مع مادة جديدة، فسيتعين دمجها في بنية تحتية تصنيعية واسعة وتلبية المتطلبات الصارمة للشركات التي تشتري المواد البلاستيكية، كما يقول "ويليام بانهولزر"، مهندس كيميائي كان كبير مسؤولي التكنولوجيا حتى عام 2014. في أحد أكبر مصنعي البلاستيك في العالم. يؤكد "بانهولزر"، الذي يعمل حاليًا في جامعة ويسكونسن أن إعادة التدوير لا تزال باهظة الثمن لكنها تعطي منتجات أكثر روعة.

المصدر: Science