يقوم العلماء بتطوير “أمعاء دودة” اصطناعية لتكسير المواد البلاستيكية

ومن المعروف أن الطرق التقليدية للتخلص من تراكم النفايات البلاستيكية تعتمد على حرق النفايات أو دفنها، وهي أساليب تساهم في انبعاث الغازات الدفيئة وتلوث التربة.

ولحل مشكلة تراكم النفايات البلاستيكية في النظم البيئية، اتجه العلماء إلى ابتكار أنواع جديدة من البلاستيك قادرة على التحلل بيئياً ولا تنتج نفايات على مدى فترة زمنية طويلة نسبياً، أو التخلص منها باستخدام الحشرات والحشرات. الفطريات التي تلتهم البلاستيك أو المحاليل الأخرى المشتقة من الطبيعة.

الحل من الطبيعة

ومن هذه الأساليب التي ابتكرها العلماء في السنوات الأخيرة، استخدام الإنزيمات والحشرات التي تأكل البلاستيك، ومنها الفطريات التي تهضم البلاستيك في المستنقعات، أو بعض أنواع اليرقات التي يمكنها العيش على المنتجات البلاستيكية. ولكن للاستفادة من هذه الكائنات التي تأكل البلاستيك، سيحتاج العلماء إلى أن يكونوا قادرين على إعادة إنتاجها بأعداد كبيرة، وهي مشكلة كانوا يواجهونها.

وبحسب الدراسة التي نشرت نتائجها في مجلة ساينس دايركت، تمكن فريق من العلماء من جامعة نانيانغ التكنولوجية ومركز سنغافورة لهندسة علوم الحياة البيئية في سنغافورة من ابتكار طريقة جديدة للتخلص من النفايات البلاستيكية مستوحاة من الطبيعة والاعتماد على استخدام الميكروبات المعوية للديدان في معالجة النفايات البلاستيكية. ومن خلال تطوير “أمعاء دودة” اصطناعية يمكنها تفكيك المواد البلاستيكية دون الحاجة إلى تكاثر الدود على نطاق واسع، تعمل هذه الطريقة أيضًا على تسريع عملية التحلل الحيوي للمواد البلاستيكية وتوفر حلاً واعداً لمشكلة النفايات البلاستيكية.

ديدان الخنفساء الداكنة

ووفقا للبيان الصادر عن جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة، فقد أظهرت الدراسات السابقة أن ديدان الخنفساء الداكنة، التي تباع عادة كغذاء للحيوانات الأليفة وتعرف باسم “الديدان الخارقة” لقيمتها الغذائية؛ يمكنهم البقاء على قيد الحياة على نظام غذائي مصنوع من البلاستيك، لأن أمعائهم تحتوي على بكتيريا قادرة على تحطيم المواد البلاستيكية الشائعة.

ويضيف البيان أنه رغم هذه الخاصية التي تتمتع بها ديدان الخنفساء الذكية، إلا أن استخدامها في معالجة البلاستيك لا ينطبق، لأن الديدان تأكل البلاستيك وتتحلله ببطء، كما أن تكاثرها بأعداد كبيرة يتطلب الكثير من الصيانة والرعاية.

وللتغلب على هذه المشكلة، قام الفريق العلمي بعزل البكتيريا المعوية الدودية للقيام بهذه المهمة دون الحاجة إلى تكاثر الديدان على نطاق واسع.

يقول تساو بين، الأستاذ المساعد في جامعة نانيانغ: “يمكن لدودة خنفساء ذكية أن تستهلك بضعة ملليغرامات من البلاستيك طوال حياتها، لذا تخيل كم عدد الديدان التي سنحتاجها إذا اعتمدنا عليها لمعالجة النفايات البلاستيكية”. “ولهذا السبب لدينا طريقتنا التي تقضي على التحلل البطيء للبلاستيك.” «وكذلك ضرورة تكاثر الديدان بأعداد كبيرة، من خلال التركيز على تعزيز الميكروبات المفيدة في أمعاء الدودة وبناء أمعاء دودة صناعية يمكنها تحلل المواد البلاستيكية بكفاءة».

تطوير الأمعاء الهاضمة للبلاستيك

لإنشاء أمعاء دودة هاضمة للبلاستيك، قام العلماء بتغذية ثلاث مجموعات من الديدان الخارقة بنظام غذائي مكون من ثلاثة أنواع من البلاستيك – البولي إيثيلين عالي الكثافة، والبولي بروبيلين، والبوليسترين – على مدار 30 يومًا، وفقًا للبيان الصحفي الصادر عن جامعة نانيانغ.

ويتم بعد ذلك اختيار هذه المواد البلاستيكية لتكون من بين أكثر المواد البلاستيكية شيوعاً المستخدمة في الأغراض اليومية، مثل علب الطعام وزجاجات المنظفات، ومن بينها مادة البولي إيثيلين عالي الكثافة، وهو نوع من البلاستيك المعروف بمقاومته العالية للصدمات، مما يجعل من الصعب استراحة.

وبعد تغذية الديدان بالبلاستيك، استخرج العلماء الميكروبيومات من أمعائها وجمعوها في قوارير تحتوي على مغذيات صناعية وأنواع مختلفة من البلاستيك، لتشكل “أمعاء دودة” صناعية. وعلى مدار ستة أسابيع، تُركت الميكروبات لتنمو في القوارير عند درجة حرارة الغرفة.

ثم عرضت القوارير التي تحتوي على ميكروبات الأمعاء من الديدان التي تتغذى على البلاستيك؛ زيادة كبيرة في البكتيريا المحللة للبلاستيك.

لا توجد حزمة صغيرة، ولا توجد حزمة صغيرة، ولا توجد حزمة صغيرة، ولكن بعد ذلك تكون الحزمة في نفس الحزمة.

علاوة على ذلك، كانت المجتمعات الميكروبية التي تستعمر المواد البلاستيكية في الزجاجات أبسط وأكثر ملاءمة لنوع معين من البلاستيك من الميكروبات الموجودة في المواد البلاستيكية التي تم تغذيتها مباشرة إلى الديدان. عندما تكون المجتمعات الميكروبية أبسط وتستهدف نوعًا معينًا من البلاستيك، فإن هذا يترجم إلى احتمال تحلل البلاستيك. أكثر كفاءة عند استخدامها في تطبيقات الحياة الحقيقية.

وقال المؤلف الأول للدراسة الدكتور ليو ينان، وهو زميل باحث في جامعة وسط وشرق أوروبا: “تمثل دراستنا أول محاولة ناجحة تم الإبلاغ عنها لتطوير مجتمعات بكتيرية مرتبطة بالبلاستيك من ميكروبات الأمعاء للديدان التي تتغذى على البلاستيك”. “من خلال تعريض ميكروبات الأمعاء لظروف محددة، تمكنا من تعزيز وفرتها”. “تم العثور على بكتيريا محللة للبلاستيك في أمعائنا الدودية الاصطناعية، مما يشير إلى أن طريقتنا مستقرة وقابلة للتكاثر على نطاق واسع.”

ويقول العلماء إن إثباتهم للمفهوم يضع الأساس لتطوير أساليب التكنولوجيا الحيوية التي تستخدم الميكروبات المعوية للديدان لمعالجة النفايات البلاستيكية.

وفي خطواتهم التالية، يريد العلماء أن يفهموا كيف تقوم البكتيريا الموجودة في أمعاء الخنفساء بتفكيك المواد البلاستيكية على المستوى الجزيئي. إن فهم هذه الآلية سيساعد العلماء على هندسة المجتمعات البكتيرية المسببة للبلاستيك لتكسير البلاستيك بكفاءة في المستقبل.