امید به محیط زیست پاکیزه تر با کشف باکتری تجزیه‌کننده پلاستیک

امید به محیط زیست پاکیزه تر با کشف باکتری تجزیه‌کننده پلاستیک     

مطالعه‌ای جدید نشان از اولین شواهد قطعی مولکولی مبنی بر یافت باکتری‌هایی در روده‌ی نوعی آفت دارد که قادر به در هم شکستن پلی اتیلن هستند.

مواد پلاستیکی در طبیعت به‌سختی تجزیه می‌شوند و برای تجزیه آن به زمانی حدود چند صدسال احتیاج است. کیسه‌ها، بطری‌ها و بسته‌بندی‌های ساخته شده از پلیمرها در محل‌های دفن زباله و اقیانوس‌های سراسر جهان تلنبار شده‌اند و میکروب‌ها قادر به تجزیه‌ی پلاستیک‌ها نیستند. اما مطالعه‌ای جدید نشان از اولین شواهد قطعی مولکولی مبنی بر یافت باکتری‌هایی در روده‌ی نوعی آفت دارد که قادر به در هم شکستن پلی اتیلن هستند.

تنها در ایالات متحده سالانه ۳۲ میلیون تن پلاستیک توسط مصرف کنندگان دور ریخته می‌شود که از این تعداد تنها ۹ درصد قابل بازیافت است. در سراسر جهان زباله‌های پلاستیکی سبب آسیب به حیات وحش می‌شود و آلاینده‌های سمی را جذب خود می‌کند که توسط پرندگان دریایی و ماهی‌ها به جای غذا بلعیده می‌شوند. به گفته‌ی Jun Yang مهندس محیط زیست دانشگاه Beihang چین و محقق ارشد این مطالعه‌ی جدید، پلی‌اتیلن پر کاربردترین پلاستیک در جهان است که سبب ایجاد مشکلات جدی زیست محیطی می‌شود. این پلیمر در برابر تخریب توسط میکروب‌ها مقاومت می‌کند، زیرا به شدت آبگریز است، وزن مولکولی بالایی دارد که از ورود آن به داخل سلول‌های باکتریایی جلوگیری می‌کند و همچنین ساختاری پایدار تنها شامل پیوندهای C-C و C-H دارد.

تیم موسسه تکنولوژی کیوتوی ژاپن به سرپرستی دکتر  Shosuke Yoshida، با بررسی حدود ۲۵۰ نمونه از زباله‌های پلاستیکی باکتری را کشف نموده‌اند که برای تامین کربن و انرژی خود از پلاستیک استفاده می‌کند.

تیم Yang میکروب‌های خورنده‌ی پلاستیک مربوط به مطالعات قبلی را به صورت تصادفی کشف کردند. روزی یانگ مشغول بررسی کیسه‌های گندم داخل آشپزخانه‌ی خود بود که متوجه سوراخ‌های کوچک در این کیسه‌ها شد. وی می‌گوید: «من شاهد پرواز حشراتی از کیسه‌ها به بیرون بودم که کرم یا لاروی آنها در داخل کیسه وجود داشت.» وی به این فکر افتاد که لاروی  Plodia interpunctella، یک حشره‌ی دانه خوار کوچک که در آشپزخانه‌ها یافت می‌شود ممکن است قادر به هضم فیلم پلاستیکی با کمک باکتری‌های موجود در روده‌ی خود باشد.

 بنابراین یانگ و تیم او باکتری‌های روده‌ را از لاروی حشره استخراج کردند و یک نوع Bacillus و Enterobacter کشف کردند که با سرعت بر روی پلی اتیلن رشد می‌کنند و از آن به عنوان منبع کربن استفاده می‌کنند. محققان این گونه‌ها را روی ورق‌های پلی اتیلن کشت کردند. پس از ۲۸ روز این ورق‌ها نشانه‌هایی از تخریب در خود نشان دادند. استحکام کششی آنها ۵۰ درصد افت کرد و توانایی دفع آنها ۳۰ درصد کاهش داشت. پس از رشد میکروب‌ها روی این ورق‌ها به مدت ۶۰ روز جرم فیلم‌های پلاستیکی ۱۰ درصد کاهش پیدا کرد و وزن مولکولی زنجیرهای پلیمری نیز ۱۳ درصد کم شد.

جالب است بدانید پیش از این نیز قارچ‌هایی کشف شده بودند که از پلاستیک‌ها تغذیه می‌کردند. اما تولید انبوه و پیدا کردن ژن تجزیه‌کننده پلاستیک در آن‌ها به‌راحتی باکتری‌ها نبوده و کنار گذاشته شدند.

باکتری‌های تازه کشف شده به راحتی قابل تکثیرند و با پرورش ژن آنزیم‌های باکتری در آزمایشگاه، تولید هزاران باکتری در زمان کوتاهی امکان‌پذیر گشته و پلاستیک‌ها را در زمانی کوتاه و بازده بالاتر تجزیه می‌کنند.

با بررسی صفحات تجزیه شده توسط روش‌های scanning electron و atomic force microscope این تیم متوجه شدند که باکتری‌ها تا عمق ۰.۴ میکرومتر در این ورق‌ها پیشروی کرده‌اند. با استفاده از طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X و تصویربرداری مادون قرمز تبدیل فوریه، این تیم گروه‌های کربونیل را در انتهای زنجیرهای پلیمر یافتند. این نتایج نشان می‌دهد که میکروب‌ها توسط اکسیداسیون زنجیرها را کوتاه کرده‌اند.

در نهایت این تیم توالی DNA این دو نوع باکتری را در اختیار بانک ژن، یک بانک اطلاعاتی DNA بین‌المللی که توسط موسسه ی ملی بهداشت اداره می‌شود قرار دادنددر این باره Kenneth H. Nealson میکروبیولوژیست محیط زیست دانشگاه Southern California می‌گوید: «یانگ و تیم او اولین گروهی هستند که توانسته‌اند شواهد دقیق شیمیایی از تجزیه‌ی باکتریایی پلی اتیلن ارائه کنند.