راهی برای تجزیه پلاستیک به وسیله باکتری

ميراندا ونگ: ما اينجاييم تا درباره تصادف صحبت كنيم. چه حسي درباره تصادف داريد؟ وقتى درباره تصادف فكر مى‌‌كنيم، معمولاً آنها را زيان‌‌آور تلقى مى‌‌كنيم، بدبختانه يا حتى بدتر، يقينا همينطور هم هست. اما آيا واقعاً هميشه انقدر بد هستند؟ مثلا كشفى كه منجر به پنى سيلين شد، يكى از خوش يمن‌‌ترين تصادفات تاريخ است. بدون تصادف كپكىِ آلكساندر فلمينگ زيست شناس، كه يك اهمال كاری در محيط كار باعثش شد، ما قادر به مبارزه با بسيارى از عفونت‌‌هاى باكتريايى نبوديم.

جنى يائو: من و ميراندا امروز اينجاييم چون مى‌‌خواهيم به شما نشان دهيم چگونه تصادفات منجر به كشفهايى شده است. در ٢٠١١، وقتى از ايستگاه انتقال زباله ونكوور ديدن كرديم و يك چاله عظيم از ضايعات پلاستيكى را ديديم. تشخيص داديم وقتى پلاستيكها دور انداخته مى‌‌شوند، گروه بندى كردنشان دشوار است، چون تراكمى مشابه دارند‌‌، و زمانى كه با ماده اورگانيك و باقيمانده‌‌هاى ساختمانى تركيب مى‌‌شوند، جدا كردن و حذفشان از محيط زيست حقيقتاً دشوار است.

با اينحال، پلاستيكها مفيدند چون بادوام، انعطاف‌‌پذيرند، و به آسانى مى‌‌شود آنها را به اشكال مفيد بسيار متنوعى تغيير شكل داد. نكته منفى اين مزيت اين است كه بايد بهاى بالايى در ازايش پرداخت كرد . پلاستيكها منجر به مشكلات جدى مى‌‌شوند، براى مثال تخريب اكو سيستمها، آلودگى منابع طبيعى، و كاهش فضاى خاكى موجود. اين تصوير كه اينجا مى‌‌بينيد گريت پاسفيك گاير است. وقتى درباره آلودگى پلاستيكى و محيط آبزى حرف به ميان می‌آيد ذهنمان ميره به سمت گريت باسفيك گاير، كه قراره جزيره شناورى از ضايعات پلاستيكى شود. اما اين ديگه تصويرى درست از آلودگى پلاستيكى در محيط آبزى نيست. در حال حاضر، در واقع اقيانوس ها سوپى از تکه‌های پلاستيكى هستند، و هيچ جايى در اقيانوس ها نيست كه در آنجا خرده‌‌هاى پلاستيكى را نيابيد.

در جامعه وابسته به پلاستيك، كم كردن توليد هدف خوبى است، اما كافى نيست. ضايعاتى كه از قبل توليد شده‌‌اند، چطور؟ صدها و هزاران سال طول مي كشد تا پلاستيك تجزيه شود. خب ، فكری به ذهنمون اومد. می‌دونيد چی؟ جاى اين كه منتظر باشيم آشغال اينجا روى هم جمع و تلنبار شود، روشى را براى متلاشى كردن آنها به كمك باكتريها پيدا كنيم. باحال به نظر مى‌‌رسد، اينطور نيست؟

حضار : آره. .متشكرم. اما مشكلى هست. مى‌‌دانيد، پلاستيكها ساختار خيلى پيچيده‌‌اى دارند و براى تجزيه شدن دشوارند. بهرحال، ما كنجكاو و اميدوار بوديم و همچنان مى‌‌خواستيم كه آن را امتحان كنيم.

جينى و من، با اين ايده‌ در ذهن، چند صفحه‌‌اى از مقالات علمى روى اينترنت را بررسى كرديم، و يك طرح تحقيقى را در شروع دوازدهمین سال تحصیلی‌مان ارائه كرديم. هدف ما يافتن باكتريهايى از رودخانه فريزر محل مان بود كه قادر به متلاشى كردن ماده مضر تشكيل دهنده پلاستيك يعنى فتالات باشد. فتالاتها افزودنى‌‌هايى هستند كه در محصولات پلاستيكى روزمره استفاده مى‌‌شوند تا انعطاف‌‌پذيرى، دوام و شفافيت‌‌شان را افزايش دهند.با اين كه جزءى از پلاستيك هستند، اما پيوند كووالانسى با اسكلت پلاستيك ندارند. در نتيجه، به راحتى به درون محيط ما فرار می‌كنند. نه فقط فتالات محيط را آلوده مى‌‌كند، بلكه جسم ما را نيز آلوده مى‌‌كنند بدتر از اين، فتالات در محصولاتى يافت مى‌‌شود كه بشدت در معرض‌‌شان قرار داريم، براى مثال اسباب‌‌بازيهاى بچه‌‌ها، ظرفهاى نوشابه، لوازم آرايشى، و حتى لفاف‌‌هاى بسته بندى غذا. فتالاتها هولناك هستند زيرا خيلى راحت وارد بدنمان مى‌‌شوند. از طريق پوست، بلع و استنشاق امكان جذبشان وجود دارد.

سالانه، حداقل ۲۱۳ ميليون کیلوگرم فتالات هوا، آب و خاك ما را آلوده مى‌‌كند. آژانس حمايت از محيط زيست حتى اين گروه را بعنوان آلاينده درجه يك طبقه بندى كرده است زيرا نشان داده است كه بواسطه عملكردش بعنوان يك اخلالگر هورمون مسبب سرطان و نارسايهاى هنگام تولد مى‌‌شود.همه ساله مى‌‌خوانيم كه نظام شهردارى ونكوور، روى سطوح غلظت فاتالات در رودخانه‌‌ها نظارت انجام مى‌‌دهد تا سلامت شان را ارزيابى كند. خب ما پى برديم كه اگر جاهايى در امتداد رودخانه فريزر هستند كه آلوده به فتالات باشند، و اگر باكتريهايى هستند كه قابليت زندگى كردن در اين نواحى را دارند پس شايد، شايد اين باكتريها توانسته‌‌اند براى تجزيه كردن فتالاتها تكامل پيدا كنند.

بنابراين اين ايده خوب را به دكتر ليندزى اليتز در دانشگاه بريتيش كلمبيا ارائه كرديم، و حيرت‌‌آور اين كه او، ما را در واقع به آزمايشگاه خودش بردو خواست آدام و جيمز دانشجوهاى ليسانش به ما كم كنند. اونموقع نمی‌دونستيم كه سفرمان به محل آشغالها و كمى تحقيقات در اينترنت و جربزه خرج دادنمان در پيگيرى الهامات شخصى، ما را به سفر سرنوشت ساز تصادفات و اكتشافات مى‌‌كشاند.

نخستين گام در پروژه‌‌مان جمع‌‌آورى نمونه‌‌هاى خاك از سه محل مختلف در امتداد رودخانه فريزر بود. از بين هزاران باكترى، مى‌‌خواستيم آنهايى را بيابيم كه فتالات‌ها را متلاشى مى‌‌كردند، پس كشت‌‌هايمان را با فتالات‌‌ها بعنوان تنها منبع كربن غنى كرديم. كه دلالت داشت بر اين كه هر چيزى در كشتهاى ما رشد كند پس بايد قادر به زيستن با كمك فتالاتها باشد. همه چيز از اينجا به بعد خوب پيش رفت، و ما تبديل به محققان حيرت انگيزی شديم. (خنده)

م و: اى واى جنى. جو: دارم شوخى مى‌‌كنم.

باشه. خب، يكم تقصير من هم بود. مى‌‌دانيد، من تصادفاً فلاسكى را كه حاوى سومين كشت غنی شده بود را شكستم، و در نتيجه، مجبور شديم تمام اتاق محل نگهدارى را با ماده سفيد كننده و اتانول دو بار تميز كنيم. و اين تنها يكى مثال از تصادفاتی است كه طى آزمايشاهايمان رخ داد. اما اين اشتباه به فرصت غيرمترقبه‌‌اى برايمان تبديل شد. متوجه شديم كه كشت‌‌هاى آسيب نديده از نواحى خلاف سطوح آلوده شده ميامدند، بنابراين اين اشتباه درواقع باعث شد تا به اين فكر بيافتيم كه شايد بتوانيم پتانسيل‌‌هاى گوناگون متلاشى كننده باكتريها را از محلهاى مخالف سطوح آلوده شده مقايسه كنيم.

بنابراين، باكتريهايى را پرورش داديم مى‌‌خواستيم با ايجاد ضرباتی در صفحات ميانى، استرين ها را ايزوله كنيم، چون فكر مى‌‌كرديم كه كمتر در معرض تصادف قرار مى‌‌گرفتند، اما باز هم اشتباه كرده بوديم. در موقع ضربه زدن سوراخهايی در آگار ايجاد كرديم كه باعث آلوده شدن برخى از نمونه‌‌ها و قارچ‌‌ها شد. در نتيجه، مجبور شديم چند بار عمل ضربه را انجام داده و آن را باز تكرار كنيم. سپس بكارگيرى فتالاتها و رشد باكتريها را مورد نظارت قرار داديم، و پى به اين برديم كه آنها همبستگى معكوسى را به اشتراك مى‌‌گذاشتند. خب همانطور كه جمعيت باكتريها افزايش مى‌‌يافت،غلظت فتالات كاهش پيدا مى‌‌كرد. اين به آن معنا بود كه باكتريها در واقع از فتالاتها زندگى مى‌‌كردند.

پس حالا فهميده بوديم كه باكتريها مى‌‌توانستند فتالاتها را نابود كنند، با خودمان فكر كرديم اين باكتريها چه بودند. پس من و جنی سه تا از موثرترين استرين‌‌ها را برداشتيم بعد تقويت متوالى ژنى را رويشان اجرا كرديم و داده‌‌يمان را با پايگاه داده‌‌هاى جامع آن لاين مطابقت داديم. جای بسی خوشحالی بود، كه با وجود اينكه سه تا از استرين‌‌هاى ما قبلاً باكتريهاى شناخته‌ شده‌‌اى بودند، اما دو تايشان قبلاً به متلاشى شدن فتالات نسبت داده نشده بودند، پس اين در واقع يك كشف جديد بود.

براى درك بهتر اين كه چگونه متلاشى شدن زيستى كار مى‌‌كند، خواستيم كه گذرگاه‌‌هاى فروساختى سه تا از استرين‌‌مان را بازبينى كنيم. براى انجام آن، آنزيم‌‌هايى را از باكتريهايمان بيرون كشيديم و با استفاده از اسيد فاتاليك ميانجى دوباره دست به كار شديم.

اين آزمايش را با اسپكتروفتومترى نظارت كرديم و اين نمودار زيبا را بدست آورديم. اين نمودار نشان مى‌‌دهد كه باكتريهاى ما واقعاً گذرگاهى ژنتيكى براى متلاشى كردن فتالاتها دارند. باكتريهاىمان قادرند فتالاتها كه داروى سمى مضرى هستند را به محصولات نهايى چون كربن دى اكسيد، آب و الكل تغيير دهند.

مى‌‌دانم برخى از شما در بين جمعيت حاضر فكر مى‌كنند كه خب، كربن دى اكسيد هولناك است، چون گاز گلخانه‌‌اى است. اما اگر باكتريهاى ما براى متلاشى كردن فتالات تكامل نيافته بود، از آنها براى برخى ديگر از انواع منبع كربن استفاده مى‌‌كردند و تنفس هوازى به هر ترتيبى منتهى به محصولات نهايى از قبيل دى‌‌اكسيد كربن مى‌‌شد.

ما همينطور مشتاق بوديم كه ببينيم، اگر چه تنوع بيشترى از باكتريهاى متلاشى كننده را از محل سكونت پرندگان بدست آورديم، اما موثرترين متلاشى كننده‌‌ها را از محلات دفع زباله بدست آورديم. بس اين بطور كامل نشان مى‌‌دهد كه طبيعت از طريق انتخاب طبيعى تكامل ميابد.

خب من و ميراندا اين تحقيق را در در رقابت Sanofi BioGEnEius Challenge به اشتراك گذاشتيم و اينطور تشخيص داده شد كه داراى بيشترين پتانسيل براى تجارى شدن است. گر چه ما نخستين كسانى نبوديم كه فهميديم باكتريها مى‌‌توانند فتالاتها را متلاشى كنند، اما نخستين كسانى بوديم كه توى رودخانه محلمان را نگاه كرديم و راه‌‌حل محتمل را براى مشكلى محلى پيدا كرديم. نه فقط نشان داديم كه باكتريها مى‌‌توانند راه‌‌حلى براى آلودگى پلاستيكى باشند، بلكه همچنين پذيراى ساير نتايج غيرقطعى و خطر كردن هستيم تا فرصتهايى براى كشفيات غيرمنتظره ايجاد شود.

در طول اين سفر، ما همينطور پى به شور و علاقه خود به علم برديم، و در حال حاضر به تحقيقات در زمينه ديگر مواد سوخت فسيلى در جهان ادامه مى‌‌دهيم. اميد داريم كه در آينده نزديك، قادر باشيم مدلهاى سازواره‌‌اى(ترکیبات زنده) را بيافرينيم كه قادر به از بين بردن نه تنها فتالاتها بلكه همين كار را با انواع گسترده‌‌اى از آلاينده‌‌هاى متفاوت انجام دهند. ما مى‌‌توانيم اين را در تاسيسات تصفيه فاضلاب برای تميز كردن رودخانه ها و ساير منابع طبيعى ديگر به كار گيريم. و شايد يك روز ما قادر به حل كردن مشكل ضايعات پلاستيك جامد باشيم.

فكر مى‌‌كنم سفرمان حقيقتاً ديدگاه ما را نسبت به جانوران كوچك و ميكروسكپى متحول كرده است، من و جنی نشان داده‌‌ايم كه مشكلات منتهى به اكتشافات مى‌‌شوند. انيشتين يكبار گفت: "نمی توان مشكلات را با همان فكری حل كرد كه آن مشكلات را خلق كرده است." اگر پلاستيك را از مواد تركيبى مى‌‌سازيم، پس بايد به راه‌‌حلى بيانديشيم كه آنها را به طريق زيست شيميايى متلاشى كند.

متشكرم. متشكرم.

تقسیم بندی: 

 

در اَپ توانا ببینید!

 

Twitter

RT @fatemeekhtesari: من و تو در کنار هم به روز خوب می‌رسیم «کبوتر آزاد» کاری از گروه تارانتیست و مارجی لطف‌آبادی ترانه: سید مهدی موسوی دکلم…
توانا Tavaana (2 hours ago)
برای آزادی ... کاری از شروین حاجی‌پور #اعتصابات_سراسری #مهسا_امینی #MahsaAmini‌ #یاری_مدنی_توانا https://t.co/qhzNqzl74T
توانا Tavaana (6 hours ago)
امشب پنجم مهرماه، فیروزآباد فارس سیدعلی سرنگونه رضاشاه، روحت شاد #اعتراضات_سراسري #یاری_مدنی_توانا #مهسا_امینی… https://t.co/XkEWmfcv74
توانا Tavaana (7 hours ago)
امشب، ۵ مهر ۱۴۰۱ در مشهد - مرگ بر دیکتاتور #مهسا_امینی #اعتراضات_سراسری #یاری_مدنی_توانا #مشهد https://t.co/ygHowv3pEN
توانا Tavaana (8 hours ago)
تهران، نارمک ۵ مهر #مهسا_امینی #اعتراضات_سراسری #یاری_مدنی_توانا https://t.co/Hr7IrA1BEU
توانا Tavaana (10 hours ago)
بار دیگر فریاد مرگ بر دیکتاتور در سنندج طنین‌انداز شد. ویدیوهای دیگری از استفاده از بوق ممتد خودروها برای بین اعتر… https://t.co/iDthQw77bJ
توانا Tavaana (10 hours ago)
شعار مرگ بر دیکتاتور در حالی در محله ازگل تهران به گوش می‌رسد که خانه برخی از نیروهای سرشناس حامی جمهوری اسلامی در… https://t.co/OR5vpAZFqh
توانا Tavaana (10 hours ago)
ویدیویی به آموزشکده توانا رسیده است که از شکل‌گیری و ادامه اعتراضات در شهرک اکباتان تهران حکایت دارد. #مهسا_امینی… https://t.co/14RaViJSXU
توانا Tavaana (10 hours ago)