المعالجة البيولوجية-الماصة التتابعية لحمض الميثيلين الأزرق من التربة والمياه الملوثة بواسطة حمض بكتيري معزول حديثًا Bacillus safensis SMAH: تحسين، الحركيات، إيزوثيرمات وتقييمات الثرموديناميكا

لماذا يهم تنظيف التربة المصبوغة

الأصباغ الصناعية الزاهية تجعل ملابسنا ومواد الجلود بارزة، لكن عندما تتسرب هذه الألوان إلى التربة والمياه يمكن أن تبقى لسنوات وتضر الكائنات الحية. أحد أكثر الأصباغ شيوعًا، الميثيلين الأزرق، يُستخدم على نطاق واسع في النسيج والمدابغ. تستكشف هذه الدراسة طريقة مستوحاة من الطبيعة لسحب هذا الصباغ العنيد من التربة الملوثة وتحليله، باستخدام سلالة بكتيرية تم اكتشافها حديثًا غير ضارة بدلًا من المواد الكيميائية المكلفة أو الآلات المستهلكة للطاقة.

العثور على ميكروب مفيد

بدأ الباحثون بالبحث في أماكن معرضة مسبقًا لكميات كبيرة من الصباغ—مياه صرف المدابغ، الحمأة، بقايا الجلود، وبحيرة قريبة. من هذه البيئات عزلوا ستة عشر سلالة بكتيرية مختلفة واختبروا مدى قدرة كل واحدة على إزالة الميثيلين الأزرق من وسط سائل. برزت سلالة واحدة: أزالت نحو 97 في المئة من الصباغ خلال 24 ساعة فقط. أظهرت التحليلات الجينية أن هذه السلالة تنتمي إلى نوع يُدعى Bacillus safensis. ثم قام الفريق بتكثير كميات كبيرة من هذا الميكروب، وجففوا الخلايا بلطف للحفاظ على كيمياء سطحها، واستخدموا المادة البكتيرية الناتجة—المسماة BS-SMAH-B—كعامل تنظيف قابل لإعادة الاستخدام.

كيف تمسك المادة البكتيرية بالصباغ

لفهم سبب فعالية BS-SMAH-B، فحص العلماء سطحها باستخدام عدة أدوات تصويرية وتحليلية. كشفت صور المجهر الإلكتروني عن نسيج خشن مسامي يحتوي على تجاويف دقيقة عديدة، مما يوفر مساحة كبيرة لالتصاق الصباغ. أظهرت التحليلات الكيميائية أن سطح البكتيريا غني بالكربون والأكسجين والنتروجين، مرتبة في مجموعات شائعة مثل الأحماض والكحوليات والأمينات. تحمل هذه المجموعات شحنات سالبة في ظروف البيئة العادية، في حين يحمل الميثيلين الأزرق شحنة موجبة. يساعد فرق الشحن هذا في سحب الصباغ من محلول التربة إلى سطح البكتيريا، تمامًا كما يجعل الكهرباء الساكنة الغبار يلتصق بالقماش. أكدت قياسات الشحنة السطحية ذلك: كان للكتلة الحيوية جهد كهربائي سالب واضح، مما يفضّل جذب جزيئات الصباغ المشحونة إيجابيًا.

من تربة ملونة إلى أرض أنظف

بعد توصيف المادة، اختبر الفريق BS-SMAH-B على تربة ملوثة عمدًا بالميثيلين الأزرق. في المختبر، درسوا كيف تؤثر الحموضة، جرعة البكتيريا، درجة الحرارة، محتوى الملح، ومدة التماس على الأداء. كانت أفضل الظروف قلوية خفيفة (حوالي الرقم الهيدروجيني 9)، مع إضافة كمية كافية من الكتلة الحيوية لتوفير مواقع ربط عديدة وتدفئة معتدلة، مما عزز جميعه إزالة الصباغ. في هذه الظروف المحسّنة، امتص النظام الصباغ بسرعة في البداية ثم تباطأ مع تشبع السطح البكتيري. أشارت النماذج الرياضية لسير الزمن إلى أن الخطوة الرئيسية تنطوي على تكوين روابط كيميائية قوية بين الصباغ وسطح البكتيريا بدلاً من الالتصاق الفضفاض فقط. ومن المهم أنه عند تطبيق نفس النهج على تربة ملوثة حقيقية مأخوذة من مناطق المدابغ—حيث تتنافس مواد أخرى على الأماكن السطحية—استمرت المادة البكتيرية في إزالة ما يصل إلى نحو 82 في المئة من الصباغ في ساعة واحدة فقط.

ماذا يحدث للصباغ المحتجز

لم تقف الدراسة عند مجرد احتجاز الصباغ. تشير الأدلة من أطياف امتصاص الضوء والعمل السابق مع بكتيريا ذات صلة إلى أنه بمجرد ارتباط الميثيلين الأزرق بالكتلة الحيوية، تبدأ الإنزيمات التي تنتجها الميكروبات بتقطيع جزيئات الصباغ. مع مرور الوقت يتلاشى اللون الأزرق الكثيف وتتحول جزيئات الصباغ الكبيرة إلى شظايا أصغر أقل ضررًا بكثير، وفي النهاية إلى أشكال غير عضوية بسيطة وجزيئات عضوية قصيرة. تعني هذه العملية المكونة من خطوتين—"الامتصاص البيولوجي" السريع متبوعًا بالتفكك البيولوجي الأبطأ—أن الصباغ لا يُخفي فحسب بل يُفكك بنشاط، مما يقلل من خطر تسربه مجددًا إلى البيئة لاحقًا.

مسار مستوحى من الطبيعة نحو تربة أكثر أمانًا

ببساطة، تُظهر هذه الأبحاث أن سلالة بكتيرية موجودة طبيعيًا يمكن أن تعمل كإسفنجة ذكية لصباغ صناعي مستمر: تمسك أولاً بالميثيلين الأزرق من التربة ثم تساعد في هضمه. مادة BS-SMAH-B رخيصة التكاثر، وتعتمد على ظروف خفيفة، وتتجنب الاستخدام المكثف للمواد الكيميائية الذي قد يخلق مشكلات تلوث جديدة. وعلى الرغم من حاجة الاختبارات الإضافية خارج المختبر، تشير هذه النتائج إلى علاجات عملية ومنخفضة التكلفة تستخدم الميكروبات الحية أو ذات الأصل الحيوي لتنظيف الترب الملونة حول المدابغ والصناعات كثيفة استخدام الصباغ، مما يجعل الأرض والمياه أكثر أمانًا للمجتمعات المحيطة.

الاستشهاد: Mahmoud, M.E., Moneer, A.A., Abouelkheir, S.S. et al. Sequential biosorptive-degradative remediation of methylene blue from polluted soil and wastewater by a newly isolated Bacillus safensis SMAH biomass: optimization, kinetics, isotherms and thermodynamics assessments. Sci Rep 16, 8496 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39057-7

الكلمات المفتاحية: ترميم التربة البيولوجي, الملون ميثيلين أزرق, الامتصاص البيولوجي البكتيري, تلوث الأصباغ, تنظيف البيئة