پرینت سه بعدی باکتری زنده برای پاکسازی آب های آلوده

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو مواد جدیدی را ابداع کرده اند که می توانند راه حل پایدار و زیست محیطی برای پاکسازی آب از آلودگی های مختلف باشد.

به گزارش نوید صنعت نیوز، این مواد، که به عنوان “مواد زنده مهندسی شده” شناخته می شوند، ساختارهای چاپ سه بعدی هستند که از یک پلیمر مبتنی بر جلبک دریایی به همراه باکتری های ژنتیکی تغییر یافته تشکیل شده اند. این باکتری ها آنزیمی را تولید می کنند که موجب تبدیل آلودگی های آلی مختلف به مولکول های بی خطر می شود. این باکتری ها همچنین قابلیت خود نابود شدن در حضور یک مولکول به نام تئوفیلین را دارند که اغلب در چای و شکلات یافت می شود. این ویژگی راه حلی برای حذف آنها پس از انجام وظایفشان فراهم می کند.

پژوهشگران جزئیات این ماده پاک کننده جدید را در یک مقاله منتشر شده در نشریه Nature Communications بیان کرده اند^.

به گفته جان پوکورسک، استاد دانشکده نانومهندسي در دانشگاه کاليفورنيا سان ديگو كه يكي از همكاران اصلي اين پژوهش است آنچه در این پژوهش نوآورانه است، ترکیب یک ماده پلیمر با یک سامانه زیست شناسانه است که چنین ماده زنده ای را ايجاد مي كند ومي تواند به تحريكاتي كه در محيط وجود دارد، عكس العمل نشان دهد و كاركردهایي را داشته باشد كه مواد سنتيك عادي نمي توانند داشته باشند.

این پروژه نتيجه همكاري بين مهندسان، دانشمندان مواد و زيست شناسان در مرکز تحقیقات مواد علمی و مهندسی سن دیگو (MRSEC) است. سایر همکاران اصلي این تيم چند رشته اي عبارت است از استادان زيست شناسي مولكولي سوزان گلدن و جيمز گلدن و استاد نانومهندسي شائوچن چن هستند.

سوزان گلدن، عضو هيئت علمي در دانشكده علوم زيستي نیز درارتباط با این همکاری علمی بین المللی گفت : این همکاری به ما اجازه داد تا دانش خود درباره ژنتیک و فیزیولوژی سیانوباکتری ها را برای ایجاد یک ماده زنده به کار ببریم.حالا می توانیم به صورت خلاقانه درباره مهندسی توابع جدید در سیانوباکتری ها فکر کنیم تا محصولات مفیدتری تولید کنیم.

برای ایجاد ماده زنده در این مطالعه، پژوهشگران از الژینات، یک پلیمر طبیعی مشتق شده از جلبک دریایی، استفاده کردند، آن را با آب مخلوط کردند تا ژل شود و آن را با نوعی باکتری آبزی و فتوسنتز کننده به نام سیانوباکتری مخلوط کردند. این مخلوط را به چاپگر سه بعدی تزریق کردند. پس از آزمایش ساختارهای مختلف برای ماده خود، پژوهشگران دریافت کردند که ساختار شبکه ای برای حفظ زنده بودن باکتری ها بهینه است. شکل انتخاب شده نسبت سطح به حجم بالایی دارد که باعث می شود بیشتر سیانوباکتری ها نزدیک سطح ماده قرار گیرند تا به منابع غذایی، گازها و نور دسترسی داشته باشند.افزایش سطح همچنین باعث می شود ماده در پاکسازی موثرتر باشد.

به عنوان یک آزمایش شاهد، پژوهشگران سیانوباکتری های ماده خود را به گونه ای تغییر ژنتیک دادند که به طور مستمر آنزيم پاك كننده اي به نام لكاس را توليد كنند. مطالعات نشان داده اند كه لكاس مي تواند براي خنثي كردن انواع آلودگي های آلي از جمله بيسفنول A (BPA)، آنتي بيوتيك ها، داروهای داروئي و رنگ ها استفاده شود. در این مطالعه، پژوهشگران نشان دادند که ماده را برای پاکسازی آلودگی های مبتنی بر رنگ استفاده کردند.  نتایج این آزمایشات نشان داده که ماده رنگ آبی را که برای رنگ دادن پارچه های جین استفاده می شود، پاکسازی کرد. این رنگ به نام ایندیگو کارمین شناخته می شود و یکی از آلودگی های صنعت نساجی است.

پژوهشگران همچنین راه حلی برای حذف سیانوباکتری ها پس از پاکسازی آلودگی ها ارائه دادند. آنها باکتری ها را به گونه ای تغییر ژنتیک دادند که به مولکول تئوفیلین واکنش نشان دهند. این مولکول باعث می شود باکتری ها پروتئینی را تولید کنند که سلول های آنها را نابود می کند.

“پوکورسک  با اشاره به اینکه ماده زنده می تواند بر آلودگی مورد نظر عمل کند درباره کارکرد این باکتری گفت، یک مولکول کوچک می تواند بعداً اضافه شود تا باکتری ها را بکشد و به این ترتیب، ما می توانیم نگرانی های مربوط به وجود باکتری های ژنتیک تغیر یافته در محيط را برطرف كنيم.

پژوهشگران توجه دارند که راه حل بهتر این است که باکتری ها بدون اضافه کردن مواد شيميائي خود را نابود كنند و در آینده به دنبال تحقق این مسئله هستند.