پژوهشگران مدت‌هاست که می‌دانند خانواده‌ای رایج از باکتری‌های محیطی به نام Comamonadaceae در رودخانه‌های شهری و سیستم‌های فاضلاب که زباله‌های پلاستیکی فراوان است، به خوبی رشد می‌کنند.
با این حال، تاکنون مشخص نبود که این باکتری‌ها دقیقاً چه کاری با پلاستیک انجام می‌دهند.
یک مطالعه اخیر به رهبری دانشگاه نورث‌وسترن نشان داده است که سلول‌های باکتری Comamonas چگونه پلاستیک را تجزیه کرده و از آن به عنوان غذا استفاده می‌کنند.
باکتری‌ها و مشکل زباله‌های پلاستیکی
پژوهشگران دریافتند که این باکتری ابتدا پلاستیک را به قطعات کوچکی به نام نانوپلاستیک تجزیه می‌کند. سپس، آن‌ها آنزیمی خاص ترشح می‌کنند که پلاستیک را بیشتر تجزیه می‌کند. در نهایت، باکتری‌ها از اتم‌های کربن پلاستیک به عنوان منبع غذایی تغذیه می‌کنند.
این کشف امکان‌های هیجان‌انگیزی را برای ایجاد راه‌حل‌های مبتنی بر باکتری جهت مقابله با مشکل رو به رشد زباله‌های پلاستیکی که منابع آب آشامیدنی را آلوده و حیات وحش را تهدید می‌کند، باز می‌کند.
باکتری‌های فاضلاب پلاستیک را تجزیه می‌کنند
لودمیلا آریستیلد، نویسنده اصلی این مطالعه و استاد مهندسی محیط زیست در دانشگاه نورث‌وسترن است. او می‌گوید: «ما برای اولین بار به صورت سیستماتیک نشان دادیم که یک باکتری موجود در فاضلاب می‌تواند یک ماده پلاستیکی را به عنوان منبع کربن تخریب، تکه‌تکه و تجزیه کند.»
او افزود: «این فوق‌العاده است که این باکتری می‌تواند کل این فرآیند را انجام دهد و ما آنزیمی کلیدی را که مسئول تجزیه مواد پلاستیکی است، شناسایی کردیم. این می‌تواند بهینه‌سازی و استفاده شود تا به حذف پلاستیک‌ها از محیط کمک کند.»
گسترش بر اساس پژوهش‌های قبلی
آریستیلد که متخصص پویایی‌های آلی در فرآیندهای محیطی است، این مطالعه را همراه با تیمش و با همکاری نویسندگان دیگر، ربکا ویلکس و نان‌چینگ ژو، هدایت کرد. چندین محقق دوره کارشناسی و تحصیلات تکمیلی نیز به این پژوهش کمک کردند.
این پژوهش جدید بر مبنای کارهای قبلی گروه آریستیلد بنا شده است که بررسی کرده بود چگونه Comamonas testosteroni کربن‌های ساده حاصل از گیاهان و پلاستیک‌های تجزیه‌شده را متابولیزه می‌کند.
باکتری‌ها و پلاستیک PET
در این مطالعه، تیم دوباره بر روی C. testosteroni تمرکز کرد که شناخته شده است روی پلاستیک پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) – نوعی پلاستیک که معمولاً در بسته‌بندی مواد غذایی و بطری‌های نوشیدنی یافت می‌شود – رشد می‌کند.
PET به عنوان یکی از پلاستیک‌های سخت تجزیه‌شونده شناخته شده و یکی از عوامل اصلی آلودگی پلاستیکی در سراسر جهان است.
آریستیلد می‌گوید: «لازم به ذکر است که پلاستیک‌های PET حدود ۱۲ درصد از مصرف کل پلاستیک‌های جهان را تشکیل می‌دهند و تا ۵۰ درصد از میکروپلاستیک‌های موجود در فاضلاب‌ها را شامل می‌شوند.»
مشاهده تخریب پلاستیک توسط باکتری‌ها
برای درک بهتر اینکه C. testosteroni چگونه با پلاستیک تعامل دارد و از آن تغذیه می‌کند، تیم آریستیلد از روش‌های تجربی و نظری مختلفی استفاده کرد.
ابتدا، آن‌ها این باکتری‌ها – که از فاضلاب جدا شده بودند – را روی فیلم‌ها و پلت‌های PET رشد دادند. با استفاده از میکروسکوپی پیشرفته، تغییرات سطح پلاستیک را در طول زمان مشاهده کردند.
تیم همچنین آب اطراف را بررسی کرد تا تجزیه پلاستیک به ذرات نانویی کوچکتر را تشخیص دهد.
در نهایت، محققان باکتری‌ها را مورد بررسی قرار دادند تا ابزارهای مورد استفاده آن‌ها برای تجزیه پلاستیک را شناسایی کنند.
تبدیل پلاستیک به منبع کربن
آریستیلد توضیح می‌دهد: «در حضور این باکتری، میکروپلاستیک‌ها به ذرات نانوپلاستیک بسیار کوچکی تجزیه شدند. ما دریافتیم که این باکتری فاضلاب توانایی ذاتی برای تجزیه پلاستیک تا سطح مونومرها – واحدهای ساختمانی کوچک که پلیمرها را تشکیل می‌دهند – دارد. این واحدهای کوچک به عنوان منبع زیست‌موجود کربن برای رشد باکتری‌ها استفاده می‌شوند.»
درک عمیق‌تر از فرآیند
پس از تأیید این که C. testosteroni واقعاً قادر به تجزیه پلاستیک است، تیم پژوهشی به بررسی عمیق‌تر این فرآیند پرداخت.
با استفاده از تکنیک‌های اومیکس برای اندازه‌گیری تمام آنزیم‌های داخل سلول‌های باکتری، آن‌ها آنزیم خاصی را شناسایی کردند که زمانی که باکتری در معرض پلاستیک PET قرار گرفت، بیان شد.
همکاران آن‌ها در آزمایشگاه ملی اوک ریج در تنسی سلول‌های باکتریایی را آماده کردند که توانایی بیان این آنزیم را نداشتند. به طرز شگفت‌انگیزی، باکتری‌هایی که این آنزیم را نداشتند، توانایی یا قابلیت بسیار کمی در تجزیه پلاستیک داشتند.
مفاهیم گسترده‌تر این مطالعه
در حالی که این کشف می‌تواند به فناوری‌های جدیدی برای پاکسازی محیط زیست منجر شود، آریستیلد همچنین تأکید کرد که این تحقیق بینش‌های ارزشمندی درباره چگونگی تغییر پلاستیک‌ها در طی فرآیند تصفیه فاضلاب ارائه می‌دهد.
آریستیلد خاطرنشان کرد که فاضلاب‌ها یک مخزن بزرگ میکروپلاستیک‌ها و نانوپلاستیک‌ها هستند.
او گفت: «بیشتر مردم فکر می‌کنند که نانوپلاستیک‌ها به عنوان نانوپلاستیک وارد تصفیه‌خانه‌های فاضلاب می‌شوند. اما ما نشان می‌دهیم که نانوپلاستیک‌ها می‌توانند در طول تصفیه فاضلاب از طریق فعالیت‌های میکروبی تشکیل شوند.»
«این چیزی است که باید به آن توجه کرد، زیرا جامعه ما در تلاش است تا رفتار پلاستیک‌ها را در مسیر آن‌ها از فاضلاب تا رودخانه‌ها و دریاچه‌های پذیرنده درک کند.»
یافته‌های این تیم بر اهمیت توجه بیشتر به چگونگی رفتار و تغییر پلاستیک‌ها در سیستم‌های محیطی تأکید می‌کند و احتمال ارائه راهبردهای جدیدی برای کاهش آلودگی پلاستیک را فراهم می‌کند.
این مطالعه در مجله Environmental Science & Technology منتشر شده است.
