البكتيريا الآكلة للبلاستيك: كيف يدمر اكتشاف مجهري جبال النفايات؟

تخيل معي أن الزجاجة البلاستيكية التي شربت منها مياهك اليوم قد تبقى على كوكب الأرض حتى عام 2400 تقريباً دون أن تتأثر! البلاستيك، وتحديداً نوع PET (بولي إيثيلين تيريفثاليت)، يمثل أحد أعظم الإنجازات الصناعية للبشرية، وفي الوقت نفسه أحد أقسى الكوابيس البيئية. نحن ننتج سنوياً ما يقارب 400 مليون طن من النفايات البلاستيكية حول العالم، لا يُعاد تدوير سوى أقل من 9% منها، بينما ينتهي المطاف بالباقي في المحيطات والمكبات.

​لكن، ماذا لو أخبرتك أن الطبيعة قررت أن تطوّر "سلاحاً مجهرياً" بكتيرياً ليأكل هذا البلاستيك ويحوله إلى غذاء خلال أيام فقط بدلاً من مئات السنين؟

​شرارة الكشف: الصدفة اليابانية الرهيبة

بدأت هذه الحكاية المذهلة في عام 2016، عندما كان فريق من الباحثين اليابانيين في جامعة كيو يجمعون عينات من التربة والمياه الطينية المحيطة بمصنع لإعادة تدوير البلاستيك في مدينة أوساكا. كانت الفكرة بسيطة: البحث عن كائنات حية دقيقة تكيفت للعيش وسط تركيزات عالية من البلاستيك.

​وهناك كانت المفاجأة! عثر العلماء على سلالة بكتيرية جديدة تماماً أطلقوا عليها اسم Ideonella sakaiensis 201-F6. هذه البكتيريا الصغيرة جداً لم تكن تكتفي فقط بالالتصاق بالسطح البلاستيكي، بل كانت تستخدمه كمصدر رئيسي للكربون والطاقة لتبقى على قيد الحياة.

​السحر الكيميائي: كيف تهضم البكتيريا المادة الصلبة؟

الكيمياء الحيوية وراء هذا الاكتشاف تشبه معجزة مجهرية. البلاستيك يمتلك سلاسل بوليمرية طويلة وقوية جداً تجعل من الصعب على الإنزيمات العادية اختراقها. لكن بكتيريا Ideonella sakaiensis تستخدم استراتيجية هجومية قائمة على إنزيمين فريدين:

​إنزيم PETase: يفرز هذا الإنزيم ليقوم بكسر الروابط الإسترية (Ester bonds) المعقدة في جزيئات الـ PET، محولاً إياها إلى مادة وسيطة تسمى MHET.

​إنزيم MHETase: يأتي دوره فوراً ليتكفل بتفكيك هذه المادة الوسيطة كيميائياً إلى جزيئين بسيطين وطبيعيين هما: حمض التيريفثاليك والإيثيلين جليكول.

​النتيجة؟ تحول المادة البلاستيكية التي تحتاج مئات السنين للتحلل إلى مواد عضوية طبيعية تتغذى عليها البكتيريا بأمان ودون إنتاج أي سموم جانبية.

​تطوير ثوري: تسريع التفكيك لآلاف المرات

في عام 2018، وخلال محاولة علماء من جامعة بورتسموث بالتعاون مع المختبر الوطني للطاقة المتجددة في أمريكا لفهم التركيب الكريستالي لإنزيم PETase بواسطة الأشعة السينية، حدث شيء غير متوقع! قام الباحثون بتعديل هيكل الإنزيم عن طريق الخطأ، ليحصلوا على "سوبر إنزيم" أسرع في تفكيك البلاستيك بنسبة 20% من الإنزيم الطبيعي.

​وفي عام 2020، قفزت الأبحاث قفزة نوعية عندما قام الفنيون بربط إنزيمي PETase وMHETase كيميائياً ليعملا سوياً كفريق واحد، مما أدى إلى مضاعفة سرعة تفكيك البلاستيك إلى 6 أضاف السرعة الأصلية! وفي عام 2022، أعلن فريق من جامعة تكساس عن تصميم إنزيم محوّر بواسطة الذكاء الاصطناعي يُدعى FAST-PETase، يمتلك القدرة على تفكيك زجاجات البلاستيك في غضون 24 إلى 48 ساعة فقط، بل والعمل بفاعلية في درجات حرارة منخفضة ومتوسطة.

​هل وصلنا إلى الحل النهائي للأزمة؟

رغم الحماس الكبير، إلا أن تحويل هذا الاكتشاف العلمي إلى تطبيق صناعي واجه عدة تحديات. فالإنزيمات الطبيعية بطيئة نسبياً وغير مستقرة حرارياً، كما أن البلاستيك الملقى في المحيطات يكون مختلطاً ومصنوعاً من مواد مختلفة.

​ومع ذلك، أثبتت هذه الأبحاث أن الهندسة البيولوجية قادرة على إعادة تدوير البلاستيك بشكل كيميائي مغلق (Closed-loop recycling)، حيث يتم استرجاع المواد الخام الأساسية بنسبة 100% لإنتاج بلاستيك جديد عالي الجودة بنفس الكفاءة دون الحاجة لتقليل جودته أو استخراج نفط جديد.

​في النهاية، يظل اكتشاف هذه الميكروبات المجهرية دليلاً جديداً على أن الطبيعة تمتلك دائماً إجابات مدهشة لجميع المشكلات البيئية التي يتسبب فيها الإنسان!

​📌 ملاحظة للقراء: هذا المقال هو الجزء الثاني من سلسلتي [أسرار العلم]. في المقال القادم،​سنغوص فى علوم الفضاء والفلك: اكتشاف محيطات شاسعة من المياه السائلة تحت السطح الجليدي لأقمار مثل "إنسيلادوس" (حول زحل) و"أوروبا" (حول المشتري).

#أموالي #حقائق_علمية #إعادة_التدوير #كيمياء_حيوية 

#علوم #تلوث_البيئة #البكتيريا_الآكلة_للبلاستيك ​#أسرار_العلم