"البلاستيك البيولوجي على عتبة التغيير: البحث الكوري يفتح آفاقاً جديدة في إنتاج البوليمرات العطرية"

يشهد العالم اليوم اهتمامًا متزايدًا بالبحوث البيوتكنولوجية كوسيلة للتغلب على التحديات البيئية الناجمة عن البلاستيك التقليدي المعتمد على البترول. في دراسة حديثة نُشرت في 21 أغسطس في مجلة “Trends in Biotechnology” الصادرة عن Cell Press، كشف الباحثون في كوريا الجنوبية عن تقدم ملحوظ في تطوير ميكروبات قادرة على إنتاج بوليمرات تحتوي على هياكل حلقية عطرية، وهو ما يُعد خطوة كبيرة نحو إيجاد بدائل للبلاستيك التقليدي الضار بالبيئة.

تقدم علمي جديد في مجال البلاستيك الحيوي

تشير الدراسة إلى أن الباحثين استطاعوا التغلب على عقبة هامة تتعلق بسمية الجزيئات العطرية للميكروبات. فعادةً ما تكون هذه الجزيئات سامة للبكتيريا، إلا أن فريق البحث تمكن من بناء مسار استقلابي جديد داخل بكتيريا الإشريكية القولونية، مما مكنها من إنتاج وتحمل تراكم البوليمرات وكتل البناء المرتبطة بها. ويعبر سانغ يوب لي، المؤلف الرئيسي للدراسة والمهندس الكيميائي والبيومولكولي في معهد كوريا المتقدم للعلوم والتكنولوجيا، عن تفاؤله قائلاً: “أعتقد أن التصنيع البيولوجي سيكون حلاً رئيسياً للتخفيف من أزمة البلاستيك العالمية وتغير المناخ. نحن بحاجة إلى تعزيز التعاون الدولي لدعم التصنيع البيولوجي من أجل مستقبل أفضل للبيئة.”

كيفية إنتاج البلاستيك البيولوجي

تعتمد معظم البلاستيكات التقليدية المستخدمة في التغليف والتطبيقات الصناعية على هياكل حلقية “عطرية” مثل PET والبوليسترين. ورغم أن الأبحاث السابقة تمكنت من تطوير ميكروبات قادرة على إنتاج بوليمرات تحتوي على مونوترات عطرية وأليفاتية، إلا أن هذه الدراسة تُعد الأولى التي تُنتج فيها الميكروبات بوليمرات تتكون بالكامل من مونوترات تحتوي على سلاسل جانبية عطرية.

لتحقيق ذلك، دمج الباحثون إنزيمات من ميكروبات أخرى لتكوين مسار استقلابي جديد يسمح بإنتاج مونوتر يسمى فينيللاكتات. وتم بعد ذلك استخدام محاكيات الكمبيوتر لتصميم إنزيم بوليميراز قادر على تجميع كتل البناء من الفينيللاكتات بكفاءة عالية. ويوضح لي قائلاً: “هذا الإنزيم يمكنه تصنيع البوليمر بكفاءة أعلى مقارنة بأي إنزيمات موجودة في الطبيعة.”

التحديات والخطط المستقبلية

بعد تحسين المسار الاستقلابي للبكتيريا وإنزيم البوليميراز، نمت الميكروبات في أوعية تخمير بسعة 6.6 لتر، ونجحت السلالة النهائية في إنتاج 12.3 جرام/لتر من بوليمر D فينيللاكتات. ويسعى الباحثون لزيادة هذا الإنتاج ليصل إلى 100 جرام/لتر على الأقل من أجل تسويق المنتج على نطاق واسع.

ورغم نجاحهم، يشير لي إلى أن هذا البوليمر، بناءً على خصائصه، قد يكون مناسبًا بشكل خاص لتطبيقات توصيل الأدوية، لكنه يظل أقل قوة من PET بسبب وزنه الجزيئي المنخفض.

توسيع آفاق التطبيق

في المستقبل، يطمح الباحثون إلى تطوير أنواع إضافية من المونوترات العطرية والبوليمرات ذات الخصائص الكيميائية والفيزيائية المختلفة. ويهدفون إلى إنتاج بوليمرات بأوزان جزيئية أعلى تناسب التطبيقات الصناعية، كما يركزون على تحسين طريقتهم لزيادة الإنتاج.

ويختم لي قائلاً: “إذا بذلنا مزيدًا من الجهد لزيادة العائد، فقد نتمكن من تسويق هذه الطريقة على نطاق أوسع. نحن نعمل حاليًا على تحسين كفاءة عملية الإنتاج وعملية الاسترجاع، بحيث يمكننا تنقية البوليمرات التي ننتجها بشكل اقتصادي.”

تعكس هذه الدراسة أهمية البحث المستمر في مجال التصنيع البيولوجي كوسيلة لمواجهة التحديات البيئية المرتبطة بالبلاستيك التقليدي، وتقديم حلول مبتكرة لتلبية احتياجات التطبيقات الطبية والصناعية.