امتزاز مضادات الحيوية دوريبينيم وميروبينيم على الفحم المنشط المستخرج من بذور فاكهة الأفعى: آلية لمركب واحد وثنائي عبر تجارب ونمذجة

تحويل نفايات الفاكهة إلى منظف للمياه

قد يبدو تلوث المضادات الحيوية في الأنهار والبحيرات بعيداً، لكنه يؤثر على أي شخص يشرب ماء الصنبور أو يقلق بشأن العدوى المقاومة للأدوية. تستكشف هذه الدراسة طريقة مبتكرة لتنقية مثل هذه الملوثات من الماء عن طريق تحويل بذور فاكهة استوائية مستهلكة، هي فاكهة الأفعى، إلى مادة فلترة فعالة. تُظهر النتائج ليس فقط مدى قدرة هذه المادة على احتجاز اثنين من المضادات الحيوية المستخدمة في المستشفيات، دوريبينيم وميروبينيم، بل وتشرح أيضاً بالتفصيل كيف تعمل العملية وكيف يمكن أن تدعم اقتصاداً دائرياً أقل نفايات.

لماذا تنتهي الأدوية في مياهنا

تعتمد الرعاية الصحية الحديثة اعتماداً كبيراً على المضادات الحيوية، بما في ذلك أدوية الملاذ الأخير المستخدمة عندما تفشل العلاجات الأخرى. بعد الاستخدام، تمر آثار هذه الأدوية عبر المرضى وتصل إلى نظم الصرف الصحي. محطات المعالجة التقليدية غير مصممة لإزالة هذه الجزيئات المعقدة بالكامل، لذا قد تتسرب كميات ضئيلة إلى الأنهار والمياه الجوفية وحتى مياه الشرب. حتى عند مستويات منخفضة، يمكن لهذه البقايا أن تشجع البكتيريا على تكوّن مقاومة، مما يقوّض فعالية المضادات الحيوية المنقذة للحياة. لذلك أصبح إيجاد طرق فعالة وبأسعار معقولة لإزالة هذه المركبات من الماء أولوية بيئية وصحية عامة ملحّة.

منح بذور فاكهة الأفعى حياة ثانية

تنتج فاكهة الأفعى، وهي محصول شائع في جنوب شرق آسيا، أعداداً كبيرة من البذور غير الصالحة للأكل والتي تُرمى عادة. رأى الباحثون في هذه البذور مادة أولية مجانية ومستدامة لصنع الفحم المنشط، وهو شكل مسامي للغاية من الكربون يُستخدم على نطاق واسع في المرشحات. جففوا وسحقوا وسخّنوا البذور بخطوات مُحكمة، أولاً في غازات النيتروجين وثاني أكسيد الكربون ثم مع هيدروكسيد البوتاسيوم. خلقت هذه المعاملة المزدوجة كربوناً إسفنجيّاً ذا مساحة سطح داخلية هائلة وشبكة ممرات دقيقة تسمى المسامات المتوسطة. أكدت الاختبارات باستخدام المجهر الإلكتروني وامتزاز الغاز وجود سطح خشن غني بالتجاويف ومساحة سطح عالية تقارب 1260 متر مربع لكل غرام — وهي خصائص تجعلها مثالية لالتقاط جزيئات المضاد الحيوي الكبيرة نسبياً.

كيف يلتقط المرشح الجديد المضادات الحيوية

لفحص كفاءة هذا الكربون في تنقية الماء، عرّض الفريق المادة لمحاليل تحتوي على دوريبينيم وميروبينيم، إما كل منهما على حدة أو معاً. في اختبارات المركب الواحد، استطاع كل غرام من الكربون حمل ما يصل إلى 193 ملليغرام من دوريبينيم و171 ملليغرام من ميروبينيم، وهي قيم تنافس أو تتفوق على العديد من الماصّات منخفضة التكلفة المبلّغ عنها في الأدبيات. عند وجود الدوائين معاً، انخفض الجمع الكلي، خاصة بالنسبة للميروبينيم، ما كشف أن المضادين يتنافسان على نفس المواقع الداخلية. أظهرت تجارب أكثر تفصيلاً، بما في ذلك تحليل بالأشعة السينية وامتزاز غاز النيتروجين والطيف تحت الحمراء، أن الأدوية تستقر داخل المسامات وتلتصق أساساً عبر قوى فيزيائية ضعيفة وروابط هيدروجينية مع مجموعات غنية بالأكسجين على سطح الكربون، بدلاً من تكوين روابط كيميائية دائمة.

التطلع داخل المسامات

للتقدم إلى ما بعد أرقام السعة البسيطة، استخدم الباحثون نماذج إحصائية متقدمة تعامل الامتزاز كعملية تحدث على العديد من مواقع المستقبل المتطابقة داخل الكربون. سمحت هذه النماذج بتقدير عدد جزيئات كل مضاد حيوي التي يمكن أن تتكدس على موقع واحد، ومدى كثافة توزيع هذه المواقع، وكيف تتغير العملية مع درجة الحرارة. أشارت النتائج إلى أن دوريبينيم وميروبينيم يشتركان في نفس أنواع المواقع وأنه عندما يشغل أحدهما موقعاً، يُستبعد الآخر فعلياً — علاقة تنافُسية تفسر الخسارة الأقوى في امتزاز الميروبينيم في المحاليل المختلطة. أدت زيادة درجة حرارة الماء من 30 إلى 50 درجة مئوية إلى تحسين الامتزاز باستمرار، وأكدت الطاقات المحسوبة أن العملية ماصة للحرارة لكنها لا تزال محكومة بجذب فيزيائي عكوس. عززت هذه الصورة أيضاً غياب قمم كيميائية جديدة في أطياف الأشعة تحت الحمراء، مما يدعم آلية قائمة على ملء المسامات وتفاعلات غير دائمة.

قابل لإعادة الاستخدام وجاهز لمياه الصرف الحقيقية

لأن المرشحات الواقعية يجب أن تُستخدم عدة مرات، اختبر الفريق مدى إمكانية تجديد الكربون. بعد عدة دورات امتزاز–تبخير باستخدام شطفات حمضية أو قاعدية خفيفة، ظلّت المادة تزيل أكثر من نحو 80 بالمئة من المضادات الحيوية، مع تراجع تدريجي يعود أساساً إلى انسداد جزئي للمسامات. يقترح المؤلفون خطوات لاحقة مثل اختبار المادة في أعمدة تدفق مستمر وفي مياه الصرف الخاصة بالمستشفيات أو البلديات الحقيقية، حيث قد تتنافس العديد من المواد المذابة الأخرى على نفس المواقع. ويشيرون أيضاً إلى الفوائد الأوسع لتحويل نفايات زراعية إلى مورد ثمين لمعالجة المياه لا يتنافس مع إنتاج الغذاء.

ما يعنيه هذا لمياه أكثر أماناً

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن بذرة متوفرة ومهملة يمكن تحويلها إلى مرشح فعال للغاية لبعض أهم مضادات الحيوية في الطب الحديث. يلتقط الفحم المصنوع من بذور فاكهة الأفعى كميات كبيرة من دوريبينيم وميروبينيم، ويعمل أساساً عبر قوى لطيفة وقابلة للانعكاس، ويظل مستقراً بعد استخدام متكرر. رغم أن الاختبارات الإضافية تحت ظروف العالم الحقيقي لازمة، توضح هذه المقاربة كيف يمكن لتصميم المواد الذكية وإضفاء قيمة على النفايات أن يجتمعا لمواجهة تلوث المضادات الحيوية وبالتالي المساعدة في الحد من انتشار الكائنات الدقيقة المقاومة للأدوية في نظمنا المائية.

الاستشهاد: Alzahrani, E.A., Sellaoui, L., Soetaredjo, F.E. et al. Adsorption of doripenem and meropenem antibiotics on activated carbon derived from snake fruit seeds: single-compound and binary mechanism via experiments and modelling. Sci Rep 16, 13053 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41972-8

الكلمات المفتاحية: تنقية المياه, الفحم المنشط, تلوث بالمضادات الحيوية, مياه صرف صيدلانية, نفايات الكتلة الحيوية