۱۴۰۳/۹/۵ ۱۰:۵۸
| تاريخ: ۱۴۰۳ جمعه ۲۴ فروردين ساعت ۲۰:۲۴ | بازدید: 571 نظرات: 0 کد مطلب: 22877 |
پاکسازی آلودگی‌های آب، توسط مواد زنده
چالاک عظیمی
آلودگی آب یک نگرانی فزآینده در سطح جهانی است. تحقیقات تخمین می‌زنند که صنایع شیمیایی سالانه 300 تا 400 مگاتن (600 تا 800 میلیارد پوند) زباله صنعتی را در آب‌ها تخلیه و رهاسازی می‌کنند. تیمی از محققان و دانشمندان متخصص در زمینه مهندسی مواد، در حال کار بر روی یک "ماده زنده" مهندسی شده هستند که می تواند آلاینده هایی مانند رنگ های شیمیایی مورد استفاده در صنعت نساجی را به مواد بی ضرر تبدیل کند. آلودگی آب، نه تنها یک موضوع زیست‌محیطی، بلکه یک موضوع انسانی است که می‌تواند بر اکوسیستم و سلامت انسان ها تأثیرگذار باشد.
"مواد زنده مهندسی شده" که این تیم تحقیقاتی روی آن کار کرده است، حاوی باکتری های برنامه ریزی شده ای است که در یک ماده هیدروژل نرم جاسازی شده اند. این تیم برای اولین بار مقاله ای را در این زمینه منتشر کردند که اثربخشی بالقوه این ماده را در Nature Communications در اوت 2023 نشان می داد. هیدروژلی که پایه این ماده را تشکیل می دهد، نرم بوده و بیشتر از آب ساخته شده است. هیدروژل خاص تولید شده، یک پلیمر طبیعی و زیست تخریب پذیر مبتنی بر یک جلبک دریایی به نام آلژینات است که در برخی غذاهای رایج وجود دارد. هیدروژل آلژینات یک حمایت فیزیکی جامد را برای سلول‌های باکتریایی، مشابه حمایت بافت‌ها از سلول‌های بدن انسان را فراهم می‌کند.
محققان آلژینات مبتنی بر جلبک دریایی را به عنوان ماده پایه انتخاب کردند، زیرا متخلخل بوده و می¬تواند آب را در خود نگه دارد. همچنین به سلول های باکتری اجازه می دهد تا مواد مغذی را از محیط اطراف دریافت کنند. آنها پس از این که هیدروژل مربوطه را آماده کردند، باکتری های فتوسنتزی یا جذب کننده نور خورشید به نام سیانوباکتری ها را در ژل جاسازی کردند. سیانوباکتری‌های جاسازی‌شده در مواد برای زنده ماندن به نور خورشید و کربن دی‌اکسید جهت انجام فتوسنتز نیاز داشتند. هیدروژل مربوطه به اندازه‌ای متخلخل است که این امکان را برای آنها فراهم می سازد. برای اینکه پیکربندی هیدروژل ها تا حد ممکن کارآمد باشد، ژل مربوطه به صورت شبکه‌های لانه زنبوری توسط پرینترهای سه بعدی تولید شدند. این ساختارها نسبت سطح به حجم بالایی دارند که اجازه می دهد نور، کربن دی اکسید و مواد مغذی بیشتری وارد مواد شوند.
مانند سایر باکتری ها، سیانوباکتری ها دارای مدارهای ژنتیکی متفاوتی هستند که به سلول ها دستور می دهد که چه خروجی-هایی تولید کنند. این تیم تحقیقاتی DNA باکتری ها را توسط روش های مهندسی ژنتیک دستکاری کرده به طوری که سلول ها آنزیمی خاص، به نام لاکاز را ایجاد کردند. آنزیم لاکاز تولید شده توسط سیانوباکتری ها با انجام یک واکنش شیمیایی با آلاینده ها آنها را به شکلی تبدیل می کند که دیگر کارایی لازم را ندارد. این ماده با شکستن پیوندهای شیمیایی، می تواند یک آلاینده سمی را غیرسمی نماید. آنزیم، در پایان واکنش بازسازی شده و برای تکمیل واکنش های بیشتر وارد عمل می شود.
هنگامی که سیانوباکترهای لاکاز در هیدروژل آلژینات جاسازی شدند، آنها را در محلولی متشکل از آلاینده رنگ صنعتی قرار دادند تا مشاهده نمایند که توانایی از بین بردن رنگ را دارند یا خیر. رنگی که در این تحقیق استفاده شد، کارمین نیل، یک آلاینده رایج فاضلاب صنعتی است که به طور معمول در آب های نزدیک کارخانه‌های نساجی یافت می‌شود. این ترکیب، رنگدانه اصلی در شلوار جین آبی است. آنها متوجه شدند که مواد زنده تولید شده طی حدود 10 روز تمام رنگ را از قسمت های عمده آلودگی، خارج کرده اند. این خبر خوبی است، اما آنها می‌خواستند مطمئن شوند که مواد زنده به کار رفته، به عنوان زباله به آب اضافه نشود. بنابراین، محققان باکتری‌ها را به صورتی مهندسی کردند تا پروتئینی تولید کنند که می‌تواند به غشای سلولی خود آسیب زده و یک کلید کشتن قابل برنامه‌ریزی را فعال کنند. مدار ژنتیکی باکتری ها طوری برنامه ریزی شده بود که به یک ماده شیمیایی بی ضرر به نام تئوفیلین که به طور معمول در کافئین، چای و شکلات یافت می شود، تبدیل شوند. زمینه اصلی کار و تولید مواد زنده مهندسی شده هنوز در حال توسعه است و این بدان معنا است که فرصت های زیادی برای توسعه مواد جدید با اجزای زنده و غیرزنده وجود دارد.
