تعتبر المواد البلاستيكية النانوية مصدر قلق بالفعل لأن الناس قد يتناولونها مباشرة، لكن الأبحاث الجديدة تشير إلى خطر محتمل آخر. قد تؤدي هذه الجزيئات البلاستيكية الصغيرة أيضًا إلى زيادة صعوبة التحكم في البكتيريا الضارة.
وفي دراسة نشرت في أبحاث المياهووجد الباحث في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا جينغكيو لياو وفريق دولي أن المواد البلاستيكية النانوية يمكن أن تتفاعل مع الميكروبات البيئية بطرق قد تخلق مخاطر غير مباشرة على صحة الإنسان، وخاصة من خلال أنظمة مياه الشرب.
وقال لياو، الأستاذ المساعد في الهندسة المدنية والبيئية: “من المهم للغاية أن نفهم بشكل أفضل الآثار الضارة للمواد البلاستيكية النانوية على صحة الإنسان، وليس فقط على البشر ولكن أيضًا على البيئة، والتي تؤثر بشكل غير مباشر على صحة الإنسان”. “يمكن للمواد البلاستيكية النانوية أن تجعل مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الميكروبية على قيد الحياة بشكل أفضل، الأمر الذي قد يكون ضارًا بالبيئة وسيكون له آثار على الصحة العامة.”
قد تؤدي المواد البلاستيكية النانوية إلى تعقيد معالجة المياه
وأفاد الباحثون أن البكتيريا المعرضة للمواد البلاستيكية النانوية يمكن أن تصبح أكثر مقاومة للمطهرات. وقد يؤدي ذلك إلى خلق مشاكل خطيرة لمرافق معالجة المياه وشبكات التوزيع المصممة للحفاظ على مياه الشرب آمنة.
وقال لياو، وهو أيضًا عضو في مركز التغيير العالمي التابع لمعهد فرالين لعلوم الحياة: “عندما تتفاعل المواد البلاستيكية النانوية مع الأغشية الحيوية والبكتيريا الموجودة بداخلها، فإنها يمكن أن تقوي الأغشية الحيوية وتجعلها أكثر مقاومة لأي نوع من التدابير التي من شأنها الحفاظ على نظافة المياه”.
جينغكيو لياو هو أستاذ مساعد في الهندسة المدنية والبيئية. تصوير بيتر مينز لصالح جامعة فرجينيا للتكنولوجيا.
اللدائن النانوية هي فئة أصغر من اللدائن الدقيقة. ويتراوح حجمها من حوالي 1 إلى 1000 نانومتر ولا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. وفي هذه الدراسة، فحص الباحثون كيفية تأثير هذه الجسيمات على تكوين الأغشية الحيوية داخل أنظمة مياه الشرب.
كيف تتشكل الأغشية الحيوية البكتيرية
الأغشية الحيوية هي مجموعات من البكتيريا التي تلتصق بالأسطح، بما في ذلك الجدران الداخلية لأنابيب المياه. تنتج الميكروبات مادة واقية حول نفسها تساعد على حماية المجتمع من التهديدات البيئية.
الأغشية الحيوية ليست ضارة دائمًا. وفي بعض الإعدادات، يمكنها المساعدة في إزالة المواد غير المرغوب فيها. ومع ذلك، داخل أنظمة توزيع مياه الشرب، يمكن أن تشكل خطرًا لأن بعض البكتيريا التي تحتوي عليها قد تسبب المرض.
وتزداد المشكلة تعقيدًا بسبب العاثيات، وهي فيروسات تصيب البكتيريا. قبل هذا البحث، لم يكن العلماء يعرفون إلا القليل نسبيًا عن كيفية تأثير المواد البلاستيكية النانوية على العلاقات بين الأغشية الحيوية والبكتيريا وهذه الفيروسات.
وقال لياو، وهو أيضًا عضو في مركز معهد فرالين لعلوم الحياة لمسببات الأمراض الناشئة والأمراض الحيوانية المنشأ والمحمولة على المفصليات: “إن العملية الأساسية التي كنا مهتمين بها بشكل خاص هي كيفية تفاعل البكتيريا والعاثيات مع بعضها البعض أثناء العملية عندما تؤثر المواد البلاستيكية النانوية على الأغشية الحيوية ككل”.
دراسة الميكروبات ومقاومة المضادات الحيوية
لياو متخصص في علم البيئة الميكروبية والتحليل الميتاجينومي. وقد استكشف عملها السابق كيف تساهم التربة في انتشار مقاومة المضادات الحيوية.
كما حصلت مؤخرًا على جائزة منحة Scaling من خلال مبادرة المنح الكبرى بكلية الهندسة للعمل المرتبط بمنشور Nature Communications، “الأدوار المختلفة للعمليات الحتمية والعشوائية في هيكلة الأنماط البيئية البكتيرية للتربة عبر النظم البيئية الأرضية”.
المواد البلاستيكية النانوية تثير استجابات بكتيرية متعددة
قام الباحثون بدراسة الأغشية الحيوية المكونة من الإشريكية القولونية والزائفة الزنجارية. عندما تعرض الغشاء الحيوي للبلاستيك النانوي، استجابت البكتيريا بعدة طرق:
“تتحدث” البكتيريا المختلفة مع بعضها البعض وتطلق مواد تجعل الغشاء الحيوي أكثر سمكًا وأثقل وأكثر حماية.
تصبح الأنبياء، وهي العاثيات التي تقوم بإدخال الجينوم الخاص بها (DNA) في جينومات المضيف البكتيري، نشطة. إنها تدمر الخلايا البكتيرية التي تسكنها بينما تنتج أعدادًا كبيرة من جزيئات الفيروس الجديدة.
تدافع البكتيريا عن نفسها ضد الأنبياء باستخدام التكرارات المتناوبة القصيرة المتجمعة بانتظام (CRISPR) لخلايا الحمض النووي الريبي (DNA) أو الحمض النووي الريبي (RNA) لاستهداف الفيروسات كجزء من نظام دفاع مضاد للفيروسات.
رسم توضيحي للاستجابات الثلاثة للبكتيريا عندما تتلامس اللدائن النانوية مع الأغشية الحيوية. الصورة مجاملة من جينغكيو لياو.
الأغشية الحيوية الأكثر صرامة يمكن أن تهدد أنظمة المياه
ووجدت الدراسة أن التعرض للمواد البلاستيكية النانوية زاد من القوة البدنية للأغشية الحيوية وجعلها أكثر مقاومة للمطهرات.
وخلص الباحثون إلى أن “زيادة القوة الميكانيكية للأغشية الحيوية ومقاومتها للمطهرات تسلط الضوء على تحدي محتمل لأنظمة معالجة المياه وتوزيعها، حيث قد تزيد المواد البلاستيكية النانوية من تكوين الأغشية الحيوية التي يصعب القضاء عليها على سطح بعض أنظمة معالجة المياه وتوزيعها”.
وتشير هذه النتائج إلى أن المواد البلاستيكية النانوية قد تجعل من السهل على الأغشية الحيوية العنيدة أن تتطور على الأسطح المستخدمة في معالجة المياه وتوصيلها، مما يزيد من صعوبة إزالتها.
هناك حاجة إلى مزيد من البحث
وقال لياو إن الدراسات الإضافية ضرورية لتحديد العمليات الجزيئية التي تحرك استجابات الأغشية الحيوية المعقدة التي تحتوي على أنواع ميكروبية متعددة.
وأشارت أيضًا إلى أن حجم الجسيمات قد يلعب دورًا مهمًا. تعد المواد البلاستيكية الدقيقة أكبر من المواد البلاستيكية النانوية ويمكن أن تؤثر على التفاعلات بين البكتيريا والعاثيات بطرق مختلفة.
وقال لياو: “بشكل عام، توفر النتائج التي توصلنا إليها رؤى جديدة حول التفاعل بين المواد البلاستيكية النانوية وديناميكيات البكتيريا، مما يسلط الضوء على المخاطر الميكروبية المتزايدة المرتبطة بالبلاستيك النانوي الذي تنقله المياه”.
ومن بين الباحثين الآخرين في الدراسة ما يلي:
- هايبو وانغ، أستاذ مشارك، مركز أبحاث العلوم البيئية البيئية، الأكاديمية الصينية للعلوم، بكين، الصين
- هوي تشن، زميل باحث مشارك، مركز أبحاث العلوم البيئية البيئية، الأكاديمية الصينية للعلوم، بكين، الصين
- شوجين روان، زميل ما بعد الدكتوراه، علم الأحياء الدقيقة البيئي، المعهد الفيدرالي السويسري لعلوم وتكنولوجيا الأحياء المائية، دوبندورف، سويسرا
- كوري شوارتز، زميل ما بعد الدكتوراه في الهندسة المدنية والبيئية ومعهد مياه الأرز، جامعة رايس، تكساس
- باويو شي، أستاذ، مركز أبحاث العلوم البيئية البيئية، الأكاديمية الصينية للعلوم، بكين، الصين
- بيدرو جي جي ألفاريز، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية ومعهد مياه الأرز، جامعة رايس، تكساس
- بينجفينج يو، زميل ما بعد الدكتوراه، كلية علوم البيئة والموارد، جامعة تشجيانغ، هانغتشو، الصين
اكتشاف المزيد من استشارات أونلاين
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
