إعادة تصعيد المخلفات البلاستيكية ميكروبيًا إلى ليفودوبا

من نفايات البلاستيك إلى دواء مفيد

يرى معظمنا زجاجات البلاستيك الفارغة كمهملات تُلقى، لكنها أيضًا محشوة بالكربون الذي استغرق ملايين السنين لتكوُّنه وثوانٍ قليلة لنا لنتخلص منه. تستعرض هذه الدراسة طريقة لتحويل ذلك الكربون المهدور إلى ليفودوبا، وهو دواء رئيسي يُستخدم لعلاج أعراض مرض باركنسون، من خلال تعليم ميكروبات «أن تأكل» أنواعًا معينة من البلاستيك وتعيد بنائه على شكل دواء تحت ظروف لطيفة ومائية.

لماذا تُعد نفايات البلاستيك مورداً مهدرًا

تبدأ معظم المواد الكيميائية والأدوية الحديثة من النفط والغاز، والتي تُحترق وتُعالَج وغالبًا ما تنتهي كمنتجات تُلقى أو تُحرق في نهاية عمرها. هذا يعني رحلة أحادية الاتجاه من الكربون الأحفوري تحت الأرض إلى المدافن والمحيطات والغلاف الجوي. بالمقابل، تعيد الطبيعة تدوير الكربون مرارًا عبر الكائنات الحية. يتساءل الباحثون في هذا العمل عما إذا كان بإمكاننا تقليد نهج الطبيعة باستخدام ميكروبات حية لاستعادة الكربون المحبوس في نفايات البلاستيك وإعادته إلى اقتصاد دائري بدلًا من الحفر المستمر عن مزيد من الوقود الأحفوري.

تعليم البكتيريا لإعادة تشكيل البلاستيك إلى مكونات دوائية

ركز الفريق على بلاستيك شائع يُدعى PET، يُستخدم على نطاق واسع في زجاجات المشروبات ورقائق الطباعة اللامعة للتغليف. عند تفكيك PET، ينتج عنه حلقة كربونية صغيرة تُسمى حمض تيريفثالِيك. صمّم العلماء مسارًا حيويًا جديدًا في سلالات مخبرية من بكتيريا الإشريكية القولونية بحيث تتشكل هذه الحلقة، خطوة بخطوة، إلى ليفودوبا. جُمعت سبعة جينات من ميكروبات مختلفة بحيث يتحول البلوك البنائي المشتق من البلاستيك أولًا إلى وسيط يُدعى بروتوكاتيكوات، ثم إلى مركب آخر يُدعى كاتيكول، وأخيرًا إلى ليفودوبا. ولمساعدة شظايا البلاستيك على دخول خلايا البكتيريا من الأصل، أضافوا أيضًا بروتين ناقل يعمل كالبوابة في غشاء الخلية، مما يجعل الامتزاز فعالًا عند الرقم الهيدروجيني المحايد.

حَلُّ الاختناقات داخل المصانع الحية

تحويل البلاستيك إلى دواء داخل خلية ليس أمرًا بسيطًا كترتيب تفاعلات. اكتشف الفريق أن أحد المركبات الوسيطة أبطأ بشدة الخطوة النهائية، مما أعاق إنتاج ليفودوبا. أظهرت تجارب دقيقة ونماذج حاسوبية أن هذا الوسيط يتنافس مع المادة البادئة الحقيقية على نفس الموقع النشط في الإنزيم الرئيسي الذي يبني ليفودوبا. لتجاوز ذلك، قسم العلماء المسار الكامل بين سلالتين متعاوِنَتَين من الإشريكية القولونية. تحول السلالة الأولى المادة المشتقة من البلاستيك إلى كاتيكول وتطلقه في السائل المحيط. ثم تُضاف السلالة الثانية لاحقًا لتحويل الكاتيكول إلى ليفودوبا تحت ظروف مضبوطة لتحقيق عائد عالٍ. يمنع تصميم «التتابع الثنائي السلالات» هذا تراكم الوسيط المزعج في نفس الخلية التي تنفذ الخطوة النهائية.

استخدام نفايات بلاستيكية حقيقية واحتجاز الكربون

بعد ضبط التفاعلات بعناية، أظهر الباحثون أن نظامهم يمكنه معالجة بلاستيك من العالم الحقيقي، وليس فقط مواد كيميائية نقية مخبرية. فككوا رقائق الطباعة الصناعية وزجاجة مشروبات مهملة واحدة لإطلاق حمض تيريفثالِيك، ثم أطعَموا هذا المزيج مباشرةً إلى عملية السلالتين. أنتجت المصانع الميكروبية غرامات لكل لتر من ليفودوبا وتمكن الفريق من عزل منتج صلب مكافئ لعدة جرعات طبية. لاستكشاف مدى صداقة النهج للمناخ، ربطوا العملية أيضًا بطحالب ميكروية خضراء. نُقل ثاني أكسيد الكربون المنبعث في إحدى خطوات التفاعل إلى مزرعة من الطحلب Chlamydomonas، الذي استخدم الغاز للنمو، مشيرًا إلى طرق لموازنة الانبعاثات في تصميمات مستقبلية.

ماذا يعني هذا للناس والكوكب

لا يدّعي هذا العمل حل أزمة البلاستيك العالمية، لأن أحجام الأدوية صغيرة مقارنة بجبل نفايات البلاستيك الذي ننتجه كل عام. بل يقدم مثالًا حيًا عن كيفية استخدام البيولوجيا لإنقاذ الكربون من تيار النفايات وتحويله إلى شيء ذي قيمة عالية لصحة الإنسان. من خلال الحفاظ على النواة العطرية للبلوك البنائي البلاستيكي وصولاً إلى ليفودوبا، يتجنب المسار إدخال كربون أحفوري جديد. مع مزيد من الهندسة، وفحوصات السلامة وتوسيع النطاق، قد تساعد استراتيجيات مماثلة في توفير أدوية مهمة وجزيئات معقدة أخرى باستخدام تغليف الأمس كمواد خام لغدنا.

الاستشهاد: Royer, B., Era, Y., Valenzuela-Ortega, M. et al. Microbial upcycling of plastic waste to levodopa. Nat Sustain 9, 706–713 (2026). https://doi.org/10.1038/s41893-026-01785-z

الكلمات المفتاحية: إعادة تصعيد البلاستيك, التكنولوجيا الحيوية الميكروبية, ليفودوبا, إعادة تدوير PET, الاقتصاد الحيوي الدائري