کشف باکتری پلاستیک‌خوار در آبراه های شهری!

دانشمندان به تازگی نوعی باکتری پلاستیک‌خوار را در آبراه‌های شهری کشف کرده‌اند که قادر به تجزیه پلاستیک است.

به گزارش تک‌ناک، این باکتری‌ پلاستیک‌خوار می‌تواند به کاهش آلودگی پلاستیکی در محیط زیست کمک کند و ممکن است به‌ عنوان یک راه‌حل بالقوه برای مقابله با زباله‌های پلاستیکی استفاده شود.

این کشف می‌تواند تأثیرات مثبتی بر بهبود وضعیت زیست‌محیطی آبراه‌ها داشته باشد و راه را برای راه‌حل‌های بیومهندسی در راستای مقابله با پاکسازی زباله‌های پلاستیکی هموار کند.

محققان مدت‌ها است که مشاهده کرده‌اند یک خانواده معمولی از باکتری‌های محیطی به نام Comamonadaceae روی پلاستیک‌های پراکنده در رودخانه‌های شهری و سیستم‌های فاضلاب رشد می‌کنند. اما اینکه چه می‌کنند، همچنان یک معما باقی مانده است.

به تازگی محققان به رهبری دانشگاه نورث‌وسترن کشف کرده‌اند که چگونه سلول‌های یک باکتری Comamonas پلاستیک را به عنوان غذا تجزیه می‌کنند.

این باکتری‌ها ابتدا پلاستیک را در قطعات کوچکی به نام نانوپلاستیک‌ها می‌جوند. سپس یک آنزیم تخصصی ترشح می‌کنند که باعث تجزیه بیشتر پلاستیک می‌شود. در نهایت، باکتری‌ها از حلقه‌های اتم کربن موجود در پلاستیک به عنوان منبع غذایی استفاده می‌کنند.

کشف این باکتری پلاستیک‌خوار امکانات جدیدی برای توسعه راه‌حل‌های مهندسی مبتنی بر باکتری‌ها برای کمک به پاکسازی زباله‌های پلاستیکی که به سختی از محیط زیست حذف می‌شوند و آب آشامیدنی را آلوده می‌نماید و به حیات وحش آسیب می‌رساند، باز می‌کند.

لودمیلا آریستیلد از دانشگاه نورث‌وسترن، که این مطالعه را هدایت کرده است، گفت: «ما برای اولین بار به طور سیستماتیک نشان دادیم که یک باکتری فاضلابی می‌تواند مواد پلاستیکی اولیه را بگیرد، آن را تخریب، به قطعات کوچک‌تر تقسیم، تجزیه و به عنوان منبع کربن استفاده کند. شگفت‌انگیز است که این باکتری می‌تواند این فرایند را به طور کامل انجام دهد و ما یک آنزیم کلیدی را که مسئول تجزیه مواد پلاستیکی است، شناسایی کردیم. این آنزیم می‌تواند بهینه‌سازی شود تا به از بین بردن پلاستیک‌ها در محیط کمک کند.»

مشکل آلودگی

این مطالعه جدید بر اساس تحقیقات قبلی تیم آریستیلد بنا شده است، که مکانیسم‌هایی که به باکتری Comamonas testosteri امکان متابولیزه کردن کربن‌های ساده‌ای که از گیاهان و پلاستیک‌های تجزیه شده تولید می‌شوند را نشان می‌دهند.

در تحقیق جدید، آریستیلد و تیم او بار دیگر به C. testosteroni  نگاه کردند که روی پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) رشد می‌کند و نوعی پلاستیک است که بیشتر در بسته‌بندی مواد غذایی و بطری‌های نوشیدنی استفاده می‌شود. از آنجایی که PET به راحتی تجزیه نمی‌شود، یک عامل اصلی آلودگی پلاستیک است.

آریستیلد گفت: «مهم است که توجه داشته باشیم پلاستیک‌های PET حدود 12 درصد از کل استفاده‌های پلاستیکی جهانی را تشکیل می‌دهند و تا 50 درصد از میکروپلاستیک‌ها در فاضلاب‌ها را شامل می‌شوند.»

توانایی ذاتی باکتری پلاستیک‌خوار در تجزیه پلاستیک

برای درک بهتر چگونگی تعامل C. testosteroni  با پلاستیک و تغذیه از آن، آریستیلد و تیم او از روش‌های تئوری و تجربی متعدد استفاده کردند.

آنها ابتدا باکتری را که از فاضلاب جدا شده بود، روی فیلم‌ها و گلوله‌های PET پرورش دادند. سپس از میکروسکوپی پیشرفته برای مشاهده شیوه تغییر سطح مواد پلاستیکی با گذر زمان استفاده کردند. بعد، آب اطراف باکتری‌ها را مورد بررسی قرار دادند تا شواهدی از پلاستیک تجزیه شده به قطعات نانو سایز کوچک‌تر پیدا کنند و در نهایت، محققان داخل باکتری‌ها را بررسی کردند تا ابزارهایی که باکتری‌ها برای تجزیه PET استفاده می‌کنند را شناسایی نمایند.

آریستیلد بیان کرد: «در حضور باکتری، میکروپلاستیک‌ها به نانوذرات پلاستیکی کوچک تجزیه شدند. ما کشف کردیم که باکتری فاضلابی توانایی ذاتی برای تجزیه پلاستیک تا مونومرها که بلوک‌های سازنده کوچک هستند و با هم ترکیب می‌شوند تا پلیمرها را تشکیل دهند، دارد. این واحدهای کوچک یک منبع زیست‌دسترس از کربن هستند که باکتری‌ها می‌توانند برای رشد استفاده کنند.»

پس از تأیید اینکه C. testosteroni می‌تواند پلاستیک‌ها را تجزیه کند، در گام بعدی آریستیلد خواست بداند چگونه این کار را انجام می‌دهد.

از طریق تکنیک‌های omics که می‌توانند تمام آنزیم‌های درون سلول را اندازه‌گیری کنند، تیم او یک آنزیم خاص را کشف کردند که باکتری وقتی در معرض پلاستیک‌های PET قرار می‌گیرد، آن را فعال می‌کند.

برای بررسی بیشتر نقش این آنزیم، آریستیلد از همکاران خود در آزمایشگاه ملی اوک‌ریج در تنسی درخواست کرد تا سلول‌های باکتریایی را بدون توانایی فعالیت آن آنزیم تهیه کنند. به طور شگفت‌انگیزی، بدون آن آنزیم، توانایی باکتری برای تجزیه پلاستیک از بین رفت یا به طور قابل توجهی کاهش یافت.

چگونگی تغییر پلاستیک‌ها در آب

 آریستیلد تصور می‌کند این کشف ممکن است برای راه‌حل‌های محیطی مورد استفاده قرار گیرد و از سویی دیگر می‌گوید که این دانش جدید می‌تواند به مردم کمک کند تا بهتر درک نمایند که پلاستیک‌ها چگونه در فاضلاب تکامل می‌یابند.

آریستیلد اعلام کرد: «فاضلاب یک مخزن بزرگ میکروپلاستیک‌ها و نانوپلاستیک‌ها است. بیشتر مردم فکر می‌کنند نانوپلاستیک‌ها به صورت نانوپلاستیک وارد تصفیه‌خانه‌های فاضلاب می‌شوند. اما ما نشان دادیم که نانوپلاستیک‌ها می‌توانند در طی تصفیه فاضلاب از طریق فعالیت میکروبی تشکیل شوند.»

این مطالعه در مجله Environmental Science & Technology  منتشر شده است.