الديدان ذات القوى الخارقة - كيف يمكن لنوع خاص من الدودة أن يكسر البلاستيك بسرعة

الديدان ذات القوى الخارقة - كيف يمكن لنوع خاص من الدودة أن يكسر البلاستيك بسرعة

أنواع دودة lepidopteran Galleria mellonella قادرة على تكسير البولي إيثيلين بسرعة من خلال استخدام لعابها.

وجد فريق بحث CSIC أن لعاب دودة الشمع يحتوي على إنزيمات يمكن أن تبدأ في تحلل البولي إيثيلين في فترة زمنية قصيرة

وجد فريق بحثي من CSIC أن لعاب دودة الشمع يحط من البلاستيك. يحتوي هذا الاكتشاف على العديد من التطبيقات المحتملة لمعالجة أو إعادة تدوير النفايات البلاستيكية. اكتشف الفريق لأول مرة أن هذا النوع من الديدان ، lepidopteran Galleria mellonella ، يمكن أن يحلل البلاستيك (البولي إيثيلين) في عام 2017. وقد اكتشفوا الآن كيف يفعل ذلك: يحتوي لعابه على إنزيمات (تنتمي إلى عائلة الفينول أوكسيديز) التي يمكنها بسرعة بدء البولي إيثيلين. تدهور في درجة حرارة الغرفة. تدعي Federica Bertocchini ، باحثة CSIC في CIB-CSIC (مركز البحوث البيولوجية) ، التي قادت الدراسة ، أن هذه الإنزيمات هي الأولى والوحيدة المعروفة الآن بقدرتها على تكسير بلاستيك البولي إيثيلين دون الحاجة إلى معالجة مسبقة . تم نشر نتائج الدراسة على الإنترنت في BioRxivالأرشيف لأنه ينتظر المراجعة. ساهمت مؤسسة Roechling (ألمانيا) في تمويل الدراسة.

لكي يتحلل البلاستيك ، يجب أن يخترق الأكسجين البوليمر (جزيء البلاستيك). هذه هي الخطوة الأولى في الأكسدة ، والتي عادة ما تكون نتيجة التعرض لأشعة الشمس أو درجات الحرارة المرتفعة ، وتمثل عنق الزجاجة الذي يبطئ تحلل البلاستيك مثل البولي إيثيلين ، وهو أحد أكثر البوليمرات مقاومة ، يشرح برتوكيني. وتضيف: لهذا السبب ، في ظل الظروف البيئية العادية ، يستغرق البلاستيك شهورا أو حتى سنوات حتى يتحلل.

تعمل دودة الشمع على تحلل مادة البولي إيثيلين بفضل الإنزيمات الموجودة في لعابها

اكتشفنا الآن أن الإنزيمات الموجودة في لعاب دودة الشمع تؤدي هذه الخطوة الحاسمة: فهي تؤكسد البلاستيك. وهذا يعني أنه يمكنهم التغلب على عنق الزجاجة في عملية تدهور البلاستيك وتسريع تحللها .

يعد البولي إيثيلين أحد أقوى أنواع البلاستيك وأكثرها استخدامًا. يمثل 70٪ من إجمالي صناعة البلاستيك عند دمجه مع البولي بروبلين والبوليسترين . يعد إيجاد حلول لمشكلة النفايات البلاستيكية أمرا ملحا لأن التلوث البلاستيكي يهدد الصحة والبيئة في العالم. يعد الانهيار البيولوجي للبلاستيك أحد مجالات الدراسة التي تحمل الكثير من الأمل والإمكانات. هذه العملية ، المعروفة باسم التحلل البيولوجي ، تشمل الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والفطريات. ومع ذلك ، من المعروف أن عددا قليلا فقط من الكائنات الحية الدقيقة قادرة على تحطيم البوليمرات البلاستيكية القوية التي يتكون منها البولي إيثيلين. علاوة على ذلك ، في معظم الحالات ، تكون المعالجة المسبقة المكثفة مطلوبة لضمان الأكسدة وبالتالي السماح للكائنات الدقيقة بأن يكون لها بعض التأثير (على الرغم من التدريجي) على البلاستيك.

ديدان آكلة البلاستيك

قبل بضع سنوات ، انفتح مجال جديد من الأبحاث مع اكتشاف أن بعض أنواع الحشرات من رتب Lepidoptera و Coleoptera قادرة على تحلل البولي إيثيلين والبوليسترين. يقول برتوتشيني: اكتشفنا في مختبرنا الحشرة التي تبدو الأسرع على الإطلاق: يرقات قشريات الأجنحة جاليريا ميلونيلا ، والمعروفة باسم دودة الشمع. هذه اليرقات قادرة على أكسدة البوليمرات الموجودة في البلاستيك وتحطيمها بسرعة كبيرة (بعد التعرض لمدة ساعة واحدة فقط).

في السنوات الأخيرة ، بذلت جهود لمعرفة كيفية تمكن هذه الحشرات من القيام بذلك. وقد ركزت العديد من الدراسات على الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في الجهاز الهضمي لهذه الديدان ، بناء على افتراض أن الديدان يمكنها استخدام البلاستيك كغذاء وأن تحللها سيكون نتيجة نشاطها الأيضي وعملياتها الهضمية ، يلاحظ الباحث. لكن هذا الافتراض مشكوك فيه إلى حد كبير ، لذا فمنذ البداية ، ركز بحثنا على التجويف الفموي للدودة ، تشرح.

لقد فحصنا سلوك دودة الشمع عندما تتلامس مع البولي إيثيلين ووجدنا أن الإنزيمات الموجودة في لعاب الدودة (أي السائل داخل فم الحشرة) يمكن أن تحلل البولي إيثيلين ، يخبرنا برتوتشيني. عند ملامسة اللعاب ، يتأكسد البوليمر ويزيل البلمرة في غضون ساعات قليلة. لقد حددنا البقايا المتدهورة التي تتشكل في وجود لعاب الدودة ، كما تقول.

علاوة على ذلك ، قام الباحثون بتحليل اللعاب باستخدام المجهر الإلكتروني ولاحظوا نسبة عالية من البروتين. يوضح الباحث: لقد عزلنا إنزيمين من اللعاب يمكنهما إعادة إنتاج الأكسدة التي ينتجها اللعاب ككل. ينتمي هذان البروتينان ، المسمى ديميترا وسيريس ، إلى عائلة إنزيمات الفينول أوكسيديز.

وجدنا أن إنزيم ديميترا كان له تأثير كبير على البولي إيثيلين ، تاركا علامات (حفر صغيرة) على سطح البلاستيك ، مرئية للعين المجردة ؛ تم تأكيد هذا التأثير أيضا من خلال ظهور منتجات التحلل المتكونة بعد تعرض البولي إيثيلين لهذا الإنزيم. يؤكسد إنزيم سيريس البوليمر أيضا ، لكنه لا يترك علامات مرئية ، مما يشير إلى أن الإنزيمين لهما تأثير مختلف على البولي إيثيلين.

كيف تعمل إنزيمات الفينول أوكسيديز

الفينولات هي جزيئات تستخدمها النباتات للدفاع عن نفسها ضد أعداء محتملين ، مثل يرقات الحشرات. لذلك ، يمكن للحشرات إنتاج إنزيمات الفينول أوكسيديز كوسيلة لأكسدة الفينولات النباتية ، وبالتالي تحييدها ، مما يعني أنها يمكن أن تتغذى بأمان على النباتات. توجد الفينولات أيضا في العديد من الإضافات البلاستيكية ، والتي يمكن أن تجعلها أهدافا لهذه الإنزيمات وتخلق الظروف اللازمة لأكسدة البلاستيك وإزالة البلمرة. حذر الباحثون: حتى الآن ، هذه مجرد تخمينات وستكون هناك حاجة إلى مزيد من التجارب للتحقيق في آليات عمل الإنزيم بشكل متعمق.

السؤال الأكثر إثارة للاهتمام هو كيف اكتسبت ديدان الشمع هذه القدرة. يتكهن الباحثون أنه يمكن أن يكون بسبب عملية تطورية. تتغذى ديدان الشمع على شمع الخلية وحبوب اللقاح من مجموعة واسعة من الأنواع النباتية. بالنظر إلى أن شمع الخلية مليء بالفينولات ، فإن هذا النوع من الإنزيم سيكون مفيدا جدا لهذه الحشرات. بشكل غير مباشر ، هذا من شأنه أن يفسر سبب قدرة ديدان الشمع على تكسير البولي إيثيلين. ومع ذلك ، فإن هذه النظرية حتى الآن مجرد تخمين ويجب علينا إجراء المزيد من الأبحاث التي تجمع بين بيولوجيا الحشرات والتكنولوجيا الحيوية.