שיקום רציף ביוסורפטיבי-דה-גרדטיבי של תכלת מתיל מאדמת ומי שפכים מזוהמים בעזרת ביומסה של Bacillus safensis SMAH שהתגלתה לאחרונה: אופטימיזציה, קינטיקה, איזותרמות והערכות תרמודינמיות

מדוע ניקוי קרקעות צבועות חשוב

צבעים סינתטיים בוהקים הופכים בגדים ומוצרי עור למושכי עין, אך כאשר הצבעים האלה זולגים לקרקע ולמים הם עלולים להישאר שנים ולהזיק לאורגניזמים חיים. אחד הצבעים הנפוצים ביותר, תכלת מתיל, נמצא בשימוש נרחב בטקסטיל ובעיבוד העור. מחקר זה בוחן דרך מבוססת-טבע להוציא את הצבע העקשן הזה מאדמה מזוהמת ולפרק אותו, בעזרת זן חיידקי לא מזיק שהתגלתה לאחרונה במקום שימוש בכימיקלים יקרים או במכונות צורכות אנרגיה.

מציאת מיקרואורגניזם מועיל

החוקרים החלו בחיפוש במקומות שכבר נחשפו למינונים גבוהים של צבע — מי שפכים של עור, בוצה, שאריות עור ואגם סמוך. מהסביבות הללו הם בודדו שישה-עשר זני חיידקים שונים ובחנו עד כמה כל אחד מהם מסוגל להוציא תכלת מתיל מתווך נוזלי. זן אחד בלט: הוא הסיר כ־97 אחוז מהצבע בתוך 24 שעות בלבד. ניתוח גנטי הראה כי הזן המצטיין משתייך למין שנקרא Bacillus safensis. הצוות אז גידל כמויות גדולות של המיקרוב, ייבש בעדינות את התאים לשימור הכימיה של המשטח, והשתמש בחומר החיידקי שהתקבל — שכונה BS-SMAH-B — כסוכן ניקוי שניתן לשימוש חוזר.

כיצד החומר החיידקי קושר את הצבע

כדי להבין מדוע BS-SMAH-B עובד כל כך טוב, בחנו המדענים את המשטח שלו בעזרת מספר כלי הדמיה וניתוח. תמונות ממיקרוסקופ אלקטרוני חשפו מרקם מחוספס וחלול עם חללים זעירים רבים, שמספקים יחד שטח גדול להידבקות הצבע. ניתוחים כימיים הראו שמשטח החיידקים עשיר בפחמן, חמצן וחנקן המעורבים בקבוצות מוכרות כגון חומצות, אלכוהולים ואמינים. קבוצות אלו נושאות מטען שלילי בתנאי סביבה רגילים, בעוד שתכלת מתיל נושאת מטען חיובי. הפרש המטען הזה מסייע למשוך את הצבע מתוך תמיסת הקרקע ולגרום לו להיקשר למשטח החיידקי, בדומה לחשמל סטטי שגורם לאבק להידבק לבד. מדידות של מטען המשטח אישרו זאת: לביומסה היה פוטנציאל חשמלי שלילי ברור, מה שמעדיף משיכה של מולקולות הצבע הממוטלות בחיוב.

מודד אדמה צבעוני לאדמה נקייה יותר

לאחר שהאופיין החומר, הצוות בדק את BS-SMAH-B על אדמה המוחדרת בכוונה בתכלת מתיל. במעבדה חקרו כיצד חומציות, מינון הביומסה, טמפרטורה, תכולת מלחים וזמן מגע משפיעים על הביצוע. התנאים הטובים ביותר היו מעט בסיסיים (בסביבות pH 9), עם כמות ביומסה מספקת כדי לספק אתרי קשירה רבים וחימום מתון — כל אלה שיפרו את הסרת הצבע. תחת ההגדרות המותאמות הללו, המערכת לקחה את הצבע במהירות בתחילה ואז האטה ככל שמשטח הביומסה התמלא. מודלים מתמטיים של מהלך הזמן הצביעו על כך שהצעד המרכזי כולל היווצרות קשרים כימיים חזקים בין הצבע למשטח החיידקי ולא רק הידבקות רופפת. חשוב לציין, כאשר היישום בוצע על אדמות מזוהמות אמיתיות שנלקחו מאזורי טאנריה — שבהן קיימים חומרים נוספים המתחרים על המשטחים — החומר החיידקי עדיין הסיר עד כ־82 אחוז מהצבע בתוך שעה אחת בלבד.

מה קורה לצבע שנתפס

המחקר לא הסתפק בעקירה פשוטה של הצבע. ממצאים מתוך ספקטרות ספיגת אור ועבודות קודמות עם חיידקים קרובים מצביעים על כך שברגע שתכלת מתיל מתקשרת לביומסה, אנזימים המיוצרים על ידי המיקרובים מתחילים לפרק את מולקולות הצבע. עם הזמן הצבע הכחול העז דוהה והמולקולות הגדולות מומרות לקטעים קטנים יותר ופחות מזיקים, בסופו של דבר לצורות אנאורגניות פשוטות ולמולקולות אורגניות קצרות. פעולה דו‑שלבית זו — ביוספציה מהירה ואחריה פירוק ביולוגי איטי יותר — משמעותה שהצבע לא רק מוסתר אלא גם מפורק באופן פעיל, מה שמפחית את הסיכון לשחרורו מחדש לסביבה בהמשך.

נתיב בהשראת הטבע לקרקעות בטוחות יותר

במילים פשוטות, מחקר זה מראה שזן חיידקי טבעי יכול לפעול כספוג חכם לצבע תעשייתי עיקש: הוא תופס תחילה את תכלת המתיל מן האדמה ואז מסייע בעיכולה. חומר BS-SMAH-B זול לייצור, מסתמך על תנאים מתונים וממנע שימוש כבד בכימיקלים שעלול ליצור זיהומים חדשים. למרות שיש צורך בניסויים נוספים מחוץ למעבדה, התוצאות מרמזות על טיפולים מעשיים וחסכוניים שמשתמשים במיקרובים חיים או ביומסה שלהם לניקוי אדמות צבועות סביב טאנריות ותעשיות עתירות צבע — ובכך להפוך קרקע ומים לבטוחים יותר עבור הקהילות הסמוכות.

ציטוט: 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

מילות מפתח: שיקום קרקע ביולוגי, תכלת מתיל, ביוספציה חיידקית, זיהום בצבעים, ניקוי סביבתי