سودمندی باکتری تنفس‌کننده سم

جایی در اعماق گل و لای در کنار سواحل یک دریاچه‌ی دور ‌افتاده‌ی نمک در نزدیکی پارک جنگلی یوسمایت، باکتریهایی با یک ویژگی غیر عادی وجود دارند: آنها برای بقا از یک فلز سمی تنفس می‌کنند. محققانی از دانشگاه جورجیا، در یک تحقیق میدانی اخیراً این باکتری را در دریاچه مونو در کالیفرنیا کشف کردند، و آزمایشات آنها روی این جان دار غیر عادی نشان می‌دهد که ممکن است این باکتری زمانی به یک ابزار مفید برای صنعت و محافظت از محیط زیست، تبدیل شود.
این باکتری به جای اکسیژن از عناصری استفاده می‌کند که مشخصاً برای انسانها سمی هستند، برای مثال، آنتیموان و آرسنیک. این توانایی است که به آنها امکان می‌دهد در گلی از یک چشمه آب جوشان در این آب گیر منحصر به‌ فرد نمکین قلیایی به بقای خود ادامه دهند.
"همان طور که انسانها از اکسیژن تنفس می‌کنند، این باکتری‌ها برای بقا از عناصر سمی تنفس می‌کنند." کریس آبین – مؤلف مقاله‌ای درباره تحقیق به تازگی منتشرشده در مجله "علم و تکنولوژی محیطی" و یک دانشجوی دکترای زیست‌میکروب شناسی – این گونه می‌گوید. "به طور خاص این باکتری به آرسنیک علاقمند است، ولی از دیگر عناصر مرتبط هم استفاده می‌کند، و ما فکر می‌کنیم در دست گرفتن کنترل این قابلیت‌های طبیعی برای ساختن محصولات مفید از عناصر مختلف، احتمالاً ممکن است."
برای مثال، آنتیموان یک فلز نقره‌ای رنگ موجود در طبیعت است که توسط صنایع متعددی برای ساختن پلاستیک‌ها، لاستیک جوشکاری، بازدارنده‌های شعله و میزبانهای قطعات الکترونیک از جمله سلول‌های خورشیدی و LEDها به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای ساختن این محصولات آنتیموان باید به تری ‌اکسید آنتیموان تبدیل شود، و این باکتری دارای قابلیت تولید دو نوع خیلی خالص از تری ‌اکسید آنتیموان بلورین کاملاً مناسب برای صنعت است.
روشهای سنتی شیمیایی به کار رفته برای تبدیل سنگ معدن آنتیموان به تری ‌اکسید آنتیموان، می‌توانند پر هزینه و زمان ‌بر باشند و معمولاً محصولات جانبی مضری را به وجود می آورند. اما باکتریهای کشف ‌شده توسط محققان دانشگاه جورجیا تری ‌اکسید آنتیموان را به طور طبیعی در اثر تنفس به وجود می‌آورد، درحالی که یک محصول شیمیایی مفید را بدون ایجاد محصولات جانبی سمی و یا نیاز به صدها تجهیزات تخصصی و پیچیده خلق می‌کنند.
"بلورهای تری ‌اکسید آنتیموان تولید ‌شده توسط این باکتری خیلی بهتر از بلورهایی هستند که با استفاده از روشهای شیمیایی ساخته می‌شوند." جیمز هولیباخ (از دانشکده فرانکلین علم و هنر دانشگاه جورجیا؛ پروفسور برجسته پژوهشی از علوم دریایی و محقق ارشد این پروژه) چنین می‌گوید. "ما بلورهایی که ساختیم را آزمایش کردیم، درحالی که محصولات موجود تجاری دارای خلوص 99 درصد هستند، محصولات ما با کیفیت یکسان بوده و یا حتی کیفیتی برتر دارند."
هولیباخ و آبین فکر می‌کنند که صنعت می‌تواند حجم‌های عظیمی از باکتریها را در تانکهای ساده‌ی ذخیره ‌سازی نگه دارند، آنتیموان اکسیده را به آن تغذیه کنند و در حین شکل گرفتن طبیعی، بلورهای تری ‌اکسید آنتیموان را جمع ‌آوری کنند. بعد از جمع ‌آوری بلورها، تولید کنندگان فقط لازم است آنتیموان اکسیده بیشتری را درون تانکها تغذیه کنند تا این روند خود کار فوق ‌العاده ادامه یابد.
اما فایده‌ی این باکتری، به پالایش آنتیموان محدود نمی‌شود. این باکتری دارای تعدادی از آنزیم‌های مختلف است که به این باکتری امکان می‌دهند تا از دیگر عناصر خطرناک هم استفاده کند، عناصری که در فاضلاب‌های نزدیک معادن یا پالایشگاه‌ها انباشته می‌شوند و انسانها و حیوانات را در معرض خطرات جدی قرار می‌ دهند. برای مثال، این باکتری می‌تواند دیگر آلاینده‌ها از جمله سلنیم و تلوریم را کاهش دهد.
آزمایشات اولیه نشان می‌دهند که این باکتری می‌تواند برای برداشتن این آلاینده‌ها از فاضلاب و محافظت از اکوسیستم‌های اطراف به کار ‌رود.
"این باکتری می‌تواند به دو شکل استفاده شود." هولیباخ می‌گوید. "این باکتری می‌تواند به سادگی برای پاک کردن آب استفاده شود، اما کمک به باز یابی و باز یافت عناصر ارزشمند موجود در آب هم از قابلیتهای احتمالی این باکتری است."
چنان چه هولیباخ می‌گوید، به این صورت آب پاکیزه باقی می‌ماند و صنعت یک منبع پر ارزش راه بردی را از دست نمی‌دهد.
هولیباخ و آبین هردو اخطار می‌دهند که تحقیقات بیشتری قبل از آماده شدن این کار بردها لازم است. دانشگاه جورجیا برای ثبت این پروسه‌های منحصر به‌ فرد علاوه بر خود باکتری به نام خود اقدام کرده است، و در حال حاضر آنها دارند بازده باکتری را در محیط‌های مختلف و شرایط را آزمایش می‌کنند تا کشف کنند وقتی باکتری به طور هم زمان در معرض فلزات گوناگون قرار می‌گیرد، چگونه عکس ‌العمل نشان می‌دهد.
"دانشگاه جورجیا در حال حاضر به دنبال شرکای علاقه‌مندی برای گرفتن مجوز این تکنولوژی، و هم چنین شراکت با پروفسور هولیباخ برای حرکت به سمت توسعه کار بردهای صنعتی بیشتر این اختراع است."جنارو گاما مدیریت ارشد مجوز در دانشگاه جورجیا چنین گفت." ما معتقدیم این تکنولوژی یک راه‌ حل عملی برای انواع متعدد آلودگی‌های زیست محیطی است، اما برای تولید کالاهای مهمی مانند تری ‌اکسید آنتیموان، سلنیم عنصری و تلوریم، هم مفید است."