منصة عائمة لبكتيريا تتخلص من السموم البيئية

طوّر طلّاب في «جامعة هارفارد» الأميركية منصّة «تينا» المطبوعة بالأبعاد الثلاثية؛ لإزالة المعادن الثقيلة من البيئات الملوّثة.

بكتيريا تزيل السموم

في إطار برنامج «هارفارد» للماجستير في هندسة التصميم، تعاون رياض الصوفي مع زميلته كوني وانغ؛ لتطوير تصميمٍ بتقنية متواضعة يستكشف إمكانات المعالجة الحيوية، وهي عبارة عن عملية عضوية تعمل فيها المادّة الحيّة كالبكتيريا على التخلّص من السموم، وتفكيكها في البيئة المحيطة بشكلٍ طبيعي.

والمعروف أن التنقيب، وبقايا المبيدات الحشرية، والتلوّث الاصطناعي، تساهم في تلويث نحو 40 في المائة من البحيرات والأنهار حول العالم، دون أن ننسى أنّ التغيّر المناخي يُفاقم هذه الظاهرة.

وجاءت نتيجة جهود الفريق مؤخراً على شكل «تينا» TINA، منصّة خاصة لبكتيريا «بـ. بوتيدا» P. Putida (نوع من البكتيريا تتبع جنس الزائفة من فصيلة الزوائف)، حيث تنمو في ظروف مختبرية تحاكي مصبّ النهر، بفضل عيّنات المياه الحقيقية التي أُخذت من شاطئي «رومني مارش» و«ريفيري» في ماساتشوستس.

تستطيع هذه البكتيريا سحب المنغنيز من أيّ بيئة، وفصل المعدن بواسطة مرشح، ليُسحب لاحقاً ويُعاد تصميمه واستخدامه في بطاريات الأيون ليثيوم.

منصة عائمة للبكتيريا والنباتات

تتخذ «تينا» شكل الجزيرة العائمة، وتستقرّ أعلاها نباتات محليّة غير دخيلة، بعضها لا يشارك في عمليّة المعالجة الحيوية فحسب، بل يعيش في حالٍ من التكافل مع «بـ. بوتيدا».

وجدت إحدى الأوراق البحثية أنّ البكتيريا المذكورة، قوّت نبتة أرُز من نوع «أوريزا ساتيفا» بحمايتها من الأمراض الشائعة. تعيش «بـ. بوتيدا» في داخل المنصّة، حيث تنمو على ستار مصنوع من أسطح دورية ثلاثية مطبوعة. قد يبدو لكم الاسم معقّداً بعض الشيء، إلّا أنّ هذه الهياكل مهمّتها الأساسية تقليص مساحة السطح لبقعة معيّنة، ما يعزّز ازدهار البكتيريا وإنتاجها لغشاء بيولوجي رقيق.

تقول وانغ: «لقد تعلّمنا أنّ البكتيريا تحبّ النموّ في المساحات المسطّحة والطولية، وليس في الحوافّ والزوايا»، شارحةً أنّ هذه الهياكل كانت ضرورية جداً لتعزيز نمو «بـ. بوتيدا» في الوقت القصير الذي كانت تملكه وفريقها للاختبار.

بعدها، يسحب الغشاء الذي أنتجته «بـ. بوتيدا» المنغنيز من بيئته عن طريق الشفط، بعد استنفاد الغشاء البيولوجي للمساحة المتوفرة على الستار؛ ولحماية باقي المخلوقات البحرية من استهلاك الطحالب المتراكمة بفعل البكتيريا، وما تحتويه من تركيزات عالية ومضرّة من المعادن، استخدم الباحثون شبكات تحيط بالستار المطبوع.

وأوضح الفريق المطور لـ«تينا» أنّ الجهاز جاء ببساطة؛ ليسهّل عملية تحصل في الطبيعة أصلاً.

تصميم مبتكر

من جهته، قال أحد الباحثين المشاركين في الدراسة: «بالنسبة لنا، لم يكن الأمر مجرّد تفكير فيما سنستخدمه في التصميم الذي نبتكره، بل أيضاً في كيفية استخدام هذه الأنظمة الطبيعية القائمة أصلاً، وتسخيرها بطريقة تجعلها تعمل بشكلٍ توليدي».

وتجدر الإشارة إلى أنّ أعضاء الفريق ليسوا علماء، بل تعاونوا مع فريق من موظفي المختبر البيئي في «جامعة هارفارد» لتعلّم وسائل علمية عادية تتناسب مع وقت تجربتهم الضيّق؛ ولهذا السبب، اختُبرت منصّة «تينا» «بعقلية تركّز أكثر على المنتج والتقنية، حيث يُفضّل أن تكون محقاً بعض الشيء على أن تكون مخطئاً بالكامل»، على حدّ تعبير وانغ.

وقد أراد الفريق نتائج ملموسة لتقديمها، في نهاية فترة مشروعهم التي حصلوا خلالها على 12 أسبوعاً فقط، لقياس فعالية «تينا». أقرّ الباحثون المشاركون بأنّ أجزاء من العملية، وتحديداً الجزء المتعلّق بسحب المعدن من البيئة، ستخضع إلى مزيد من الاختبار، إلّا أنّهم شدّدوا أيضاً على أنّ «تينا» استفادت من التعاطي معها على أنها مشروع تصميمي، وليس تجربة علمية.

وختمت وانغ: «نحن لا ننفي الحاجة إلى المسار العلمي؛ لأنّه ذو قيمة عالية، من دون شكّ، ولكن أعتقد أنّ مزيدا من المرونة، يضفي قيمة أكبر على أنواع معيّنة من التصميم أو المشاريع الهندسية».

وأخيراً، صحيحٌ أنّ «تينا» اختُبرت في بيئة مختبرية استخدمت نوعاً محدّداً من البكتيريا لسحب نوعٍ محدّد من المعدن من بيئة محدّدة، ولكنّ المنصّة نفسها مصمّمة للعمل حتّى بعد تعديل هذه المتغيّرات.