في اكتشاف علمي قد يفتح باباً جديداً أمام معالجة واحدة من أعقد مشكلات التلوث البلاستيكي، عثر باحثون على إنزيم ذي قدرات واعدة داخل كومة سماد عضوي عادية، أظهر قدرة على تفكيك أجزاء من مادة البولي يوريثان، المستخدمة على نطاق واسع في صناعة إسفنج المراتب ونعال الأحذية ومواد العزل في الثلاجات.
ويمنح هذا الاكتشاف أملاً في تطوير تقنيات حيوية أكثر استدامة لإعادة تدوير أنواع من البلاستيك يصعب التعامل معها بالوسائل التقليدية، إذ ينتهي جزء كبير من ملايين الأطنان المنتجة سنوياً من هذه المواد في مكبات النفايات أو محارقها، بدلاً من استعادة مكوناتها وإعادة استخدامها في تصنيع منتجات جديدة.
وجاء الاكتشاف ثمرة تعاون بحثي بين جامعة آرهوس والمعهد التكنولوجي الدنماركي، حيث أجرى العلماء رحلة استكشافية واسعة للبحث عن بكتيريا قادرة على إنتاج إنزيمات تحلل البولي يوريثان والنايلون، شملت مواقع متنوعة، من مكب نفايات في كينيا وحديقة حيوانات استوائية، إلى أمعاء يرقات عثة الشمع وأكوام السماد العضوي.
ومن بين العينات التي جمعها الفريق، برزت بكتيريا عُثر عليها في كومة سماد قرب مدينة آرهوس الدنماركية، بوصفها مصدراً لأكثر الإنزيمات الواعدة، وأطلق الباحثون عليه اسم «CCPUR1».
بيات طبيعية
واعتمد الباحثون منهجية تعرف باسم «التنقيب الحيوي»، تقوم على استكشاف البيئات الطبيعية بحثاً عن كائنات دقيقة ومواد وراثية يمكن الاستفادة منها في تطوير تطبيقات علمية وصناعية.
وتكمن أهمية هذه المنهجية في أنها تتجاوز الأساليب التقليدية التي تعتمد على البحث في قواعد البيانات الجينية عن تسلسلات تشبه إنزيمات معروفة مسبقاً بقدرتها على تحليل البلاستيك، وهي طريقة تحد من فرص اكتشاف إنزيمات جديدة لا تتوافر نماذج سابقة للاسترشاد بها.
وجمع الفريق ملايين البكتيريا من البيئات المستهدفة، ثم استخدم جزيئات فلورية مصممة لمحاكاة الروابط الكيميائية الموجودة في البولي يوريثان والنايلون.
وعندما تتفاعل هذه الجزيئات مع بكتيريا تمتلك إنزيماً قادراً على تفكيكها، تصدر إشارة ضوئية تكشف عن وجود النشاط المطلوب.
واستعان العلماء بتقنية فرز الخلايا المنشّطة بالتألق، التي تتيح فحص ما يصل إلى 10 آلاف خلية في الثانية، وعزل البكتيريا الأكثر قدرة على تحليل الروابط الكيميائية المستهدفة.
وأسفرت العملية عن تحديد 29 نوعاً من البكتيريا المنتجة لإنزيمات قادرة على تحليل البلاستيك، إلى جانب اكتشاف 12 إنزيماً متفاوتة الكفاءة، بينها 10 إنزيمات تستهدف البولي يوريثان وإنزيمان قادران على تحليل النايلون.
تطبيقات مستقبلية
وأظهرت الاختبارات أن الإنزيم «CCPUR1»، الذي تنتجه بكتيريا «Chelatococcus composti»، يمتلك خصائص تجعله مرشحاً واعداً للتطبيقات المستقبلية، أبرزها قدرته على التعامل مع الجزيئات البوليمرية الكبيرة، بفضل وجود تجويف ارتباط واسع يسمح باستيعاب سلاسل المواد البلاستيكية.
كما أظهر الإنزيم استقراراً ملحوظاً عند درجات الحرارة المرتفعة، وقدرة على تحمل أنواع مختلفة من المذيبات، وهي خصائص يعتقد الباحثون أنها ترتبط ببيئته الأصلية؛ إذ يمكن أن تصل درجات الحرارة داخل أكوام السماد العضوي إلى نحو 80 درجة مئوية، ما يفرض على الإنزيمات الموجودة فيها التكيف مع ظروف حرارية قاسية نسبياً.
لكن النتائج كشفت أيضاً أن الطريق لا يزال طويلاً قبل تحويل هذا الاكتشاف إلى تقنية صناعية.
فعند اختباره على رغوة مراتب من البولي يوريثان بعد طحنها إلى مسحوق، تمكن الإنزيم من تفكيك أقل بقليل من 1% من المادة خلال ثلاثة أيام.
ورغم محدودية النسبة، فإن الباحثين واصلوا العمل على تحسين كفاءة الإنزيم، بالتعاون مع جامعة بورتو، من خلال المحاكاة الحاسوبية وإجراء تعديلات محددة على التعليمات الجينية المسؤولة عن إنتاجه.
إنزيم مطور
وفي دراسة متابعة نُشرت في 11 سبتمبر 2026 بدورية «Chem Catalysis»، نجح الإنزيم المطوّر في تحليل نحو 1.4% من مادة البولي يوريثان الموجودة في رغوة نعل حذاء حقيقي خلال ثلاثة أيام، من دون الحاجة إلى معالجة مسبقة للبلاستيك. وهي نتيجة اختُبرت على مادة مختلفة عن رغوة المراتب المستخدمة في التجربة الأولى.
روابط كيميائية
ولا تقتصر أهمية الدراسة على الإنزيم المكتشف، إذ يرى الباحثون أن الإنزيمات الـ11 الأخرى التي حددها الفريق قد تؤدي أدواراً مكملة له في عمليات إعادة التدوير المستقبلية، خصوصاً أن لكل إنزيم قدرة انتقائية على التعامل مع روابط كيميائية ومواد معينة.
ويتصور الفريق تطوير مزيج من الإنزيمات يعمل على مراحل متتابعة، بحيث تُستخدم إنزيمات لتفكيك البولي يوريثان وإزالته أولاً، قبل إضافة إنزيمات متخصصة في تحليل النايلون، بما يتيح معالجة مواد بلاستيكية متعددة ضمن عملية واحدة أكثر كفاءة.
وقد يتطلب الوصول إلى هذه المرحلة الجمع بين المعالجة الميكانيكية والكيميائية والإنزيمية، لتسهيل وصول الإنزيمات إلى الروابط الكيميائية داخل البلاستيك وتسريع عملية تفكيكه.
ويرى الباحثون أن الميزة الأبرز لهذه التقنية تكمن في قدرة الإنزيمات على العمل في ظروف أكثر اعتدالاً، وبدرجات حرارة وضغوط أقل من تلك المستخدمة في كثير من تقنيات إعادة التدوير التقليدية، ما قد يفتح المجال مستقبلاً أمام عمليات أكثر كفاءة وأقل استهلاكاً للطاقة.
ورغم أن النتائج لا تزال في مراحلها البحثية المبكرة، فإنها تقدم دليلاً جديداً على أن الطبيعة قد تخفي حلولاً غير متوقعة لمشكلة النفايات البلاستيكية، حتى داخل كومة سماد تبدو للوهلة الأولى عادية.