علماء بدعم من ناسا يحولون النفايات البلاستيكية إلى بسكويت صالح للأكل

يعمل العلماء على هندسة الخميرة وراثياً لتحويل النفايات البلاستيكية إلى بسكويت غني بالبروتين قد يُطعم يوماً ما البشر على كوكب الأرض أو القمر أو المريخ.

قد يبدو أنه لا توجد أي صلة تجمع بين الزجاجات البلاستيكية والبسكويت، لكن الباحثين يجدون طريقة للربط بينهما. فمن خلال هندسة الخميرة، طور العلماء نظاماً يمكنه تحويل المركبات المستخرجة من البلاستيك والنفايات الزراعية إلى بروتينات وفيتامينات ونكهات ومكونات غذائية أخرى صالحة للأكل.

يمكن أن يوفر هذا النهج طريقة جديدة لإعادة استخدام النفايات المعقدة، مع المساعدة أيضاً في إنتاج الغذاء في الأماكن التي تندر فيها الإمدادات التقليدية. وتتراوح التطبيقات المحتملة بين مناطق الكوارث على الأرض والبعثات البشرية إلى أعماق الفضاء.

وعرض الباحثون نتائجهم في الاجتماع الخريفي للجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS) خلال ندوة «أبحاث الطلاب الجامعيين والدراسات العليا في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الكيميائية» في مركز ماكورميك بليس.

«الميكروبات ذكية للغاية، لذا فنحن نوظف خصائصها لحل المشكلات التي تسببنا فيها بأنفسنا». — لاهيرو جاياكودي

تحويل النفايات البلاستيكية إلى غذاء

يعد التلوث البلاستيكي وانعدام الأمن الغذائي تحديين عالميين رئيسيين، ويعكف باحثون في جامعة جنوب إلينوي (SIU) في كاربونديل على دراسة ما إذا كان من الممكن لأحد هذين التحديين أن يساعد في حل الآخر. وهدفهم هو استخدام الكائنات الدقيقة لتحويل النفايات إلى غذاء يمكن للبشر تناوله بأمان.

وقد انبثق هذا البحث من مشروع تقوده وكالة ناسا يركز على إنتاج الغذاء في ظل الظروف محدودة الموارد لرحلات استكشاف الفضاء العميق، حيث لا يمكن لرواد الفضاء الاعتماد على الشحنات المنتظمة القادمة من الأرض.

يوضح الأستاذ المشارك لاهيرو جاياكودي: «كنا نحاول تطوير تقنيات لإعادة التدوير المتقدم للبلاستيك لإنتاج منتجات أكثر قيمة. ففكرنا، لِمَ لا نركز على تصنيع الغذاء؟ فالبلاستيك عبارة عن كربون، والغذاء كربون أيضاً».

ويتمثل أحد الأهداف الرئيسية في بولي إيثيلين تيريفثالات (PET)، وهو بلاستيك واسع الاستخدام يوجد في منتجات مثل زجاجات المياه والمشروبات الغازية. يحتوي PET على جزيئات غنية بالكربون يمكن تفكيكها وإعادة بنائها إلى مركبات مفيدة، بما في ذلك المكونات التي يمكن أن تتحول في النهاية إلى بروتينات.

وكان بإمكان العلماء إجراء بعض هذه التحولات باستخدام التفاعلات الكيميائية والمذيبات المختبرية، لكن فريق جامعة جنوب إلينوي كاربونديل اتجه بدلاً من ذلك إلى الميكروبات، التي يمكنها تنفيذ عمليات كيميائية حيوية معقدة بصورة طبيعية.

ويضيف جاياكودي: «الميكروبات ذكية للغاية، لذا فنحن نوظف خصائصها لحل المشكلات التي تسببنا فيها بأنفسنا».

هندسة الخميرة كمصانع غذائية دقيقة

إن استخدام الكائنات الحية الدقيقة لتصنيع مواد مفيدة هو أمر راسخ بالفعل في المجال العلمي؛ فالخميرة، على سبيل المثال، يمكن برمجتها وراثياً لإنتاج جزيئات قيّمة. فالإنسولين، الذي كان يُستخرج سابقاً من بنكرياس الحيوانات، يمكن تصنيعه الآن باستخدام ميكروبات مُهندسة وراثياً.

وطبّق جاياكودي وطالبة الدراسات العليا سانديا جاياسيكارا فكرة مماثلة على النفايات؛ حيث قاما ببرمجة عدة أنواع من الخميرة، بما فيها خميرة الخبز، لاستقبال الجزيئات المشتقة من البلاستيك والمخلفات الزراعية وتحويلها إلى بروتينات وفيتامينات ومركبات نكهة.

ولكن قبل أن تتمكن الخميرة من استخدام تلك المواد، يجب تكسير النفايات إلى أجزاء أسهل في المعالجة.

ويعالج الباحثون بلاستيك PET وسيقان وأوراق الذرة المهملة والكتل الحيوية الأخرى باستخدام تقنية مسجلة تُعرف باسم الإذابة الحرارية المائية المؤكسِدة. وتجمع هذه العملية، التي طورها أستاذ الجيولوجيا بجامعة جنوب إلينوي كاربونديل كين أندرسون، بين الماء والأكسجين تحت درجات حرارة وضغط عاليين لتفكيك المواد المقاومة إلى مركبات يمكن للميكروبات الوصول إليها.

بعد ذلك، تُغذى تلك الجزيئات الأصغر للخميرة المُهندسة وراثياً، لتقوم الكائنات الدقيقة بتحويلها إلى مكونات غذائية جديدة تشمل البروتينات والدهون والأحماض.

من النفايات إلى بسكويت مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد

بمجرد إنتاج المكونات المشتقة من الخميرة، يدمجها الباحثون مع الألياف والنشا والمحليات. ثم يُمرر المزيج عبر طابعة ثلاثية الأبعاد لصنع بسكويت غني بالبروتين يُطلق عليه اسم µBites (يُنطق "مايكروبايتس").

وتشير البيانات المتاحة إلى أن µBites آمن للأكل، على الرغم من أن الباحثين ما زالوا في انتظار الموافقة المؤسسية قبل إجراء اختبارات التذوق الرسمية.

وفي الوقت الحالي، قيّم المشاركون البسكويت بناءً على رائحته؛ وأعرب معظمهم عن استعدادهم لتناول µBites في المواقف التي تشهد شحاً في الموارد الغذائية.

كما يعمل الباحثون على جعل البسكويت أكثر جاذبية للأشخاص الذين تتوفر لديهم خيارات غذائية أخرى.

وقد قامت جاياسيكارا بهندسة سلالات من الخميرة قادرة على إنتاج مكونات غذائية إضافية؛ حيث بات بإمكان خميرة الخبز الآن إنتاج نكهة الفانيليا من الكتلة الحيوية النباتية. كما يمكن لسلالة أخرى من الخميرة استخدام الإيثيلين جلايكول المشتق من PET لإنتاج البيتا كاروتين، الذي يمكن لجسم الإنسان تحويله إلى فيتامين (أ).

وتقول جاياسيكارا: «نحن نستخدم الميكروبات لتطوير البسكويت ليصبح منتجاً أكثر جاذبية وملاءمة للمستهلك».

إنتاج المزيد من مكونات البسكويت عبر الميكروبات

يسعى الفريق في نهاية المطاف إلى جعل الميكروبات تنتج المزيد من المكونات اللازمة لصنع µBites، بما في ذلك النشا والألياف والمحليات التي يتعين إضافتها حالياً بشكل منفصل.

ويأمل جاياكودي أن يصبح البسكويت جاهزاً للاستهلاك العام في غضون السنوات القليلة المقبلة. وإلى جانب الاستخدام اليومي على الأرض، قد تكون هذه التقنية ذات قيمة خاصة في البيئات التي يصعب فيها نقل كميات كبيرة من الطعام أو توصيلها.

وتشمل البيئات المحتملة الغواصات ومناطق الكوارث، والمستوطنات البشرية المستقبلية على القمر أو المريخ.

كما يرى الباحثون أن هذه التقنية تمثل استجابة محتملة للضغوط المتزايدة على الإمدادات الغذائية العالمية.

ويختتم قائلاً: «من المتوقع أن يرتفع الطلب العالمي على الغذاء بنسبة تتراوح بين 35 و56% بحلول عام 2050، وسيكون نحو 30% من سكان العالم معرضين لخطر الجوع في المستقبل. وأعتقد أن السبيل لمعالجة ذلك يكمن في استخدام الميكروبات».

تم تمويل هذا البحث من خلال مسابقة «تحدي الغذاء في الفضاء العميق» التابعة لناسا ومنحة برنامج التطوير الوظيفي المبكر لأعضاء هيئة التدريس (CAREER) التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم.

• مواضيع ذات صلة: النباتات والحيوانات، الغذاء

• التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية

• العلم والمجتمع، سياسة الفضاء

المواد مقدمة من الجمعية الكيميائية الأمريكية. ملاحظة: قد تخضع المواد للتحرير من حيث الأسلوب والطول.

• هل ستتناول هذا البسكويت؟ [فيديو]

دماغك ينظف نفسه أثناء نومك – العلماء يكتشفون مدى سرعة ذلك للتو

علماء يربّون فئراناً «فائقة اللياقة الرياضية» لمدة 30 عاماً – وما حدث كان غير متوقع

الكون مليء بالوقود، فلماذا يُنتج نجوماً أقل؟

كارثة كونية قد تكون قلبت أقمار نبتون القديمة رأساً على عقب

• الفيزيائيون لا يتفقون حول الكون

• المحيطان الهندي والهادئ يفقدان التزامن

• علماء يحولون البلاستيك إلى بسكويت

• «انعطاف» خفي في الضوء الكمومي

• الذكاء الاصطناعي يكتشف آثاراً جانبية خفية لعقار أوزمبيك

• سحب الزهرة تخفي لغزاً مظلماً

• الماء غذى البراكين قبل 3 مليارات سنة

• المفتاح الخفي للالتهاب في الجسم

• سيرن ترصد سلوكاً غريباً للغلوونات

• أوزمبيك وويغوفي قد يبطئان الشيخوخة

ابقَ على اطلاع مع نشرة ScienceDaily الإخبارية المجانية عبر البريد الإلكتروني، والتي تُحدّث يومياً وأسبوعياً. أو تصفح خلاصاتنا الإخبارية المتعددة عبر قارئ RSS الخاص بك:

تابع آخر الأخبار من ScienceDaily عبر شبكات التواصل الاجتماعي:

أخبرنا برأيك في ScienceDaily -- نرحب بالتعليقات الإيجابية والسلبية على حد سواء. هل تواجه أي مشاكل في استخدام الموقع؟ هل لديك أسئلة؟