المعالجات الحيوية البيئية

تتضح امكانية استخدام الاحياء المجهرية في التعدين الحيوي كوسيلة للتخلص من التلوث البيئي. ولكن من جهة اخرى فان التقنيات الحيوية تقدم الامكانيات لمعالجة التلوث الموجودة لأجل المعالجة وليس للاستخلاص المعدني وان كانت الاخيرة يمكن ان تكون بمثابة فائدة ثانوية. وتقع محاولات معالجة البيئة ضمن ما يسمى بالمعالجة الحيوية Bioremediation وتضم آليات ووسائل عدة ولعل أهمها استغلال النباتات ضمن حقل Phytoremediation . وتشمل المعالجات بالإضافة الى الفضلات الصناعية مياه الصرف الصحي وفضلات المدن.

وتستهدف المعالجة الحيوية الى تدوير فضلات المصانع ومعالجة مصادر التلوث الاخرى سواء كانت معدنية او مواد عضوية مثل فضلات النفط ، ولكن ازدهار هذه الفعاليات يكون متعلقا بشكل اساسي بالنواحي الاقتصادية ثم بعوامل اخرى. فالمعالجة الحيوية يجب ان لا تكون مكلفة جدا وان كان في بعض الأحيان يمكن غض الطرف عن الكلفة فيما اذا كانت مواد التلوث خطر مثل الاشعاع. ومن التجارب السابقة لوحظ ان المعالجات الحيوية لم تكن بالمستوى الذي يطمح إليه وذلك لارتفاع كلفتها، كما ان الاحياء التي استعملت وخاصة البكتريا كانت من الانواع التي تجمع كميات قليلة من الملوثات والمعادن. بالإضافة الى عدم ضمان ان الخلايا يمكن ان تطلق الملوثات ثانية والعودة الى نقطة الصفر، خاصة وان اغلب آليات المقاومة التي درست تعتمد على عمليات الدفق الخارجي للجزيئات او الايونات لذلك فان استعمال الاحياء او البكتريا المقاومة من النوع الذي يستعمل الدفق الخارجي يكون غير مجدياً.

وتستعمل في المعالجات الحيوية الاحياء التي تقوم بعمليات التراكم الحيوي Bioaccumulation التي تقوم بها المراكمات الحيوية Bioaccumulator وهي التي تستطيع ان تجمع الايونات أو المواد داخل الخلايا مثل النباتات او الاحياء المجهرية مثل البكتريا والفطريات والخمائر والطحالب عند نموها في بيئات تكثر فيها المواد الملوثة سواء كانت معادن او غيرها والتي تستعملها كوسيلة دفاعية ضد سمية المواد، ولكن بعض الاحياء تكون التراكيز قليلة وتستطيع الخلايا تجميعها بعملية النقل الفعال كما هو الحال مع بعض سلالات الجنس Clostridium التي تراكم أيون التنكستن بمستوى يصل الى الآلاف المرات تركيزه في البيئة المحيطة.

لذلك فان المراكمات الحيوية تكون ثنائية الغرض، الأول للتخلص من الايونات السامة في البيئة والثاني يمكن ان تستخدم المراكمات الحيوية لاستخلاص المعادن منها خاصة عندما تكون الاخيرة بتراكيز واطئة كما يحصل في استعمال الطحالب في البيئات المائية. وتستغل الاحياء لصنع المجسات الحيوية لاستعمالها في الكشف عن التلوث المدمر.

والدراسات في هذا المجال تركز على البكتريا وبالأخص انواع الجنس Pseudomonas وقد سبق تبيان ان المعادن الثقيلة يكون البعض منها ضروريا للحياة ولكن بتراكيز قليلة جدا وعند وجودها بتراكيز عالية فان الاحياء تقبطها من المحيط وداخل الخلايا تكون الاحياء قد طورت وسائل للحد من ضررها منها :

• تقييد المعادن داخل أجزاء خاصة من الخلية مثل استعمال الفجوات في الخمائر.
• تحويل الايونات الى مركبات غير ذائبة مثل تحويلها الى كبريتيد او كاربيد او غيرها من المركبات.

لذلك تكون عملية قنص الايونات او المواد مع الربائط فعالة في ازالة سميتها وتكون هذه الوسيلة مهمة لفعاليات الاحياء المجهرية وكذلك لتنظيم Biogeochemistry للمعادن الثقيلة في الخلايا اضافة الى امكانية استغلالها في المعالجات الحيوية. ويكون تجميع الايونات في البكتريا معتمداً على الايون المعدني وكذلك نوع البكتريا، فمثلا ايون النيكل Ni²⁺ يحصر في أجزاء معينة عند أطراف الخلايا العصوية او يتجمع عند الحدود الخارجية للبكتريا مثل Ps. aeruginosa وكذلك الحال مع ايون الكاديوم الذي يترك عند الحدود الخارجية بشكل حبيبات متماثلة بشكل طبقة مع ترك جزء منه في السائل الخلوي. اما اليورانيوم فيبقى في هذه البكتريا منتشرا في السايتوبلازم. ويمكن للمعادن الاخرى تكوين ترسبات ذات أشكال هندسية معينة. وبصورة عامة فان البكتريا السالبة لصبغة كرام تجمع الايونات عند الحدود الخارجية وذلك يعود الى صفات الغشاء الخارجي والجدار الخلوي ذات الطبيعة الايونية السالبة التي تساهم بها مجاميع الكاربوكسيل والفوسفوريل وغيرها من مكونات الغشاء الخارجي والجدار الخلوي، وعند تعريض البكتريا مثل Ps. Syringae او Ps. aeruginosa او E. coli لتراكيز عالية من أيونات النيكل او النحاس او الكادميوم فان اكبر تجمع يكون في الفسحة المحيطة اذ تصل المستويات تصل الى 60% تليها الجدران الخلوية والأغشية الخارجية التي تجمع حوالي 30% من الايونات ثم يأتي بعد ذلك السايتوبلازم بالدرجة الاخيرة اذ يحوي على ما يقرب من 10%. كما ان المعادن تتجمع على أشكال مختلفة فمثلا النيكل يتجمع على شكل فوسفيدات Ni₁₂P₅ ,Ni₅P₄ , NiP₂ وكذلك على شكل كاربيد Ni₃C وهذا يشير الى تفاعله مع مجاميع Phosphoryl والكاربوكسيل من مكونات الخلية لتكوين بلورات غير ذائبة. وفي أحياء اخرى مثل Alcaligenes eutrophus فيتجمع النيكل على هيئة بلورات مع الهيدروكسيدات والكاربونات.

ويتجمع الرصاص في Ps. aeruginosa على شكل فوسفات الرصاص غير الذائبة. ويتجمع اليورانيوم على شكل فوسفات هيدروجينية بلورية الشكل كما في Citrobacter . وعندما يرتبط ايون المعدن مع احد المجاميع المذكورة فانه يعمل كنواة تسهل للمعدن تكوين معقدات أكثر تترسب حول النواة المتكونة ولذلك تنمو الترسبات بسرعة على حساب الايونات المعاكسة له مثل ^-OH, ⁼SO₄ , ⁼HCO₃^-  CO₃ , ^-PO₄ ³  وغيرها، والمعادن تفضل ان ترتبط بربيطة معينة فمثلا النيكل يفضل ان يربط بالفوسفيد أكثر من الارتباط الى الكاربوكسيل.

واضافة الى ذلك بعض الاحياء تنتج البروتينات التي تتخصص بربط بعض الايونات وتوجد في الفسحة المحيطة والغشاء الخارجي كما في ربط ايونات النحاس في Ps. Syringae . ولذلك تعد الخلايا الميكروبية بمثابة مازات حيوية Biosorbents يمكن ان تستعمل في امتزاز المعادن كما في حالة اليورانيوم عند استعمال خلايا Ps. aeruginosa وخميرة S. cerevisiae.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .