جامعة كاوست: معالجة التلوث النفطي ب«البكتيريا النافعة»

وفقاً لبحث جديد بقيادة باحثين من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) أظهر من خلال إجراء تحليل شامل للمجتمعات البكتيرية القاطنة بجزيرة ديسبشن، وهي عبارة عن بركان نشط في القارة القطبية الجنوبية، إمكانية استخدام البكتيريا المحبة للحرارة في عملية تنظيف التلوث النفطي.
وانضمت جونيا شولتز أخيراً إلى جامعة كاوست كطالبة ما بعد الدكتوراه تعمل مع الدكتور ألكسندر روسادو، أستاذ العلوم الحيوية. وما إن وضعت قدمها في الجامعة حتى ركزت أنظارها على توصيف الميكروبيوم؛ البكتيريا النافعة التي تنمو في البيئات الأرضية القاسية في المملكة العربية السعودية، بما في ذلك البراكين والصحاري والبيئات الحرارية الأرضية. هذه الكائنات الحية القاسية، وهو ما يعني أنها تنمو في أكثر البيئات قسوة في العالم، بما في ذلك تلك التي تحب الحرارة (أَليفُ الحَرارَة)، لديها إمكانات هائلة لعدد لا يحصى من تطبيقات التكنولوجيا الحيوية.
وذكرت الدكتورة شولتز: «الكائنات الحية القاسية تنمو في ظل العديد من الظروف القاسية، وهي بالفعل تكيفت عبر الزمان مع البيئة المحيطة لها لتظل نشطة في التمثيل الغذائي في الظروف الصعبة». واستطردت حديثها قائلة: «إن هذه الكائنات الحية القاسية تظهر قدرات تكيفية وفسيولوجية متنوعة وغالباً ما تفرز منتجات حيوية قيمة».
وتشمل هذه المنتجات الحيوية الإنزيمات والمركبات النشطة بيولوجياً التي يمكن توظيفها في صناعات مثل الزراعة والصيدلة وحتى استكشاف الفضاء، ويمكن أن توفر هذه الكائنات الحية القاسية أيضاً طريقة آمنة وفعالة لتنظيف التلوث النفطي.
وأضافت قائلة: «لا شك أن بعض أنواع البكتيريا تمتص البترول كمصدر للكربون والغذاء والطاقة وللقيام بذلك، يقومون أولاً بإفراز المواد الخافضة للتوتر السطحي - وهي مواد وظيفتها العمل على تكسير التوتر السطحي للنفط - قبل امتصاص البترول المستحلب في خلاياهم، حيث يتحلل بفضل النشاط الأنزيمي».
للحصول على درجة الدكتوراه، كان يغمر الدكتورة شولتز الفضول لمعرفة ما إذا كانت هذه البكتيريا موجودة في بركان جزيرة ديسبشن في أنتاركتيكا أم لا، حيث إنه من المؤسف أن هذه القارة التي كانت في السابق نقية أصبحت الآن معرضة للتلوث، بما في ذلك التلوث النفطي، ويأمل العلماء في العثور على مصادر للمجتمعات البكتيرية المحلية مع إمكانية المساعدة في إزالة التلوث.
في تحقيق ذلك الهدف السامي، قامت الدكتورة شولتز وزملاؤها بعزل 126 سلالة بكتيرية من العينات التي تم جمعها في موقعين للطاقة الحرارية الأرضية في جزيرة ديسبشن.
وقالت الدكتورة شولتز: «إنه يمكن أن تفرز هذه الكائنات أَليفُة الحَرارَة منتجات حيوية قيمة ومثيرة للاهتمام، ليس فقط لإزالة التلوث النفطي، ولكن للعديد من التطبيقات»، ومع ذلك، من الصعب محاكاة البيئات القاسية في المختبر لتخليق هذه السلالات البكتيرية؛ ذلك بسبب أن الكتلة الحيوية الخلوية للكائنات الدقيقة منخفضة جداً في البيئات القاسية، ما يجعل استخراج الحمض النووي أمراً صعباً وشيقاً.
نجاحات ملموسة للفريق العلمي
بعد بذل الكثير من الجهد والمثابرة، تمكن الباحثون من جمع ما يكفي من الحمض النووي عالي الجودة لإجراء التحليل الجيني وتخليق 126 سلالة بكتيرية. كانت السمات الجينومية والإمكانات الأيضية لسبع سلالات من نوع أنوكسيباسيلوس فلافيثيرموس مثيرة للاهتمام بشكل خاص.
ونجح الفريق العلمي في تحقيق نجاح ملموس في ما يخص تحديد الجينات المتعلقة بتثبيت الجينوم (الخارطة الجينية) في ظل تقلبات درجات الحرارة، وبروتينات الصدمة الحرارية والبرودة، وإصلاح الحمض النووي ضد الأشعة فوق البنفسجية ومقاومة الظروف القلوية، وكذلك الجينات الخاصة بالنشا وتدهور السليلوز.
وأثناء قيام الفريق بتحليل جميع السلالات ال 126 القادرة على إفراز المواد الكاسرة للتوتر السطحي وتحلل النفط، نمت 76 سلالة من بين هذه السلالات بشكل جيد في البيئات المخلقة التي كان النفط الخام هو المصدر الوحيد للكربون، في حين أظهرت ثلاثون سلالة نتائج جيدة بشكل خاص في تحلل النفط؛ كما أفرز 13 من هذه المواد الكاسرة للتوتر السطحي، بما في ذلك سلالة واحدة من مجموعة ايه فلافي ثرموس.
ويُشكل النفط أحد أكثر الملوثات تعقيداً على الأرض، وستعتمد كفاءة وفعالية التحلل الميكروبي على عوامل متعددة، بداية من المتغيرات البيئية المحلية مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة، إلى الكسور والكمية والتركيب النفطي الموجود في أي موقع معين.
وصرحت الدكتورة شولتز قائلة: «إن الفهم الكامل للسلالات البكتيرية المحلية وقدرتها الأيضية يُعد أمراً بالغ الأهمية لأنه يفيد في تصميم اتجاهات مستقبلية لمعالجة مشكلة التلوث النفطي، ليس فقط في القارة القطبية الجنوبية، ولكن في جميع أنحاءالعالم». وأضافت: «أنا متحمسة تجاه الإمكانات التي توفرها الكائنات الحية القاسية، وأتطلع إلى استكشاف البيئات السعودية القاسية للحصول على منتجات حيوية جديدة تسهم في خدمة أنواع التطبيقات».