انتاج اللدائن الحيوية وتحسينها

نظراً لما تتصف به اللدائن الحيوية من جهة واتساع اسواقها في المستقبل القريب فالمتوقع ان تكون أسواق اللدائن الحيوية في اتساع مستمر فيتوقع في عام 2007 ان تشكل اللدائن الحيوية 10% من أسواق اللدائن العامة البالغة 40 مليون طن في دول أوروبا. فالجهود مستمرة منها ما يهدف للتحري عن أحياء منتجة من مصادر مختلفة، ومنها ما يحاول تحسين العمليات الانتاجية من الاحياء المنتجة المستعملة، وهناك توجهات اخرى نحو استعمال الهندسة الوراثية، وكلها تهدف الى زيادة الانتاج وتحسينه، وبعض الشركات تنتجه في الوقت الحالي من عمليات التحول الحيوي للسكريات والدهون.

وتنتج اللدائن الحيوية او الميكروبية Microbial thermoplastics من أفراد جنس Alcaligenes والبعض منها يستخدم لإنتاج PHB ولدائن ومكوثرات مرافقة تحت الاسم التجاري العام Biopol ومن الانواع المستعملة A. eutrophus و A. lotus .

ومن اهم مشاكل تسويق المكوثرات او اللدائن الحيوية هو ارتفاع كلفة الانتاج خاصة من ناحية المواد الاولية التي تصل نسبتها الى 40 – 50% من الكلفة الاجمالية للانتاج، وكلفة انتاج PHB من البكتريا A. eutrophus تصل الى 18 ضعف انتاج Polypropylene الصناعي. لذا يتوقع ان تكون العمليات الانتاجية باستعمال الهندسة الوراثية مخفضة للكلفة الى حد الربع والتي تكون مقاربة لكلفة انتاج اللدائن الاخرى القابلة للتحلل الحيوي مثل Polypropylene.

ويمكن باستعمال الهندسة الوراثية تحديد مواصفات المادة المنتجة او زيادة كمياتها، وقد أمكن تحوير البكتريا E. coli K12 لإنتاج كميات كبيرة من المكوثرات بعد نقل بلازميد متعدد النسخ يحمل جينات تخليق المكوثر من A. eutrophus . باستعمال الكلوكوز الذي يمكن الحصول عليه من المحاصيل النباتية المتجددة. وعمليات الهندسة الوراثية في مجال اللدائن الحيوية يمكن ان تساعد في :

• زيادة الحاصل.
• تسهيل عمليات الاستخلاص نتيجة لزيادة تركيز المواد المنتجة.
• امكانية انتاج انواع جديدة من اللدائن.

وبهندسة E. coli يمكن اتمام عملية الانتاج في 24 ساعة مقارنة بـ 3 أيام عند استعمال السلالة المنتجة الاصلية A. eutrophus ، وقد وصلت الانتاجية تحت الظروف الملائمة الى 90 % من الوزن الجاف للخلايا وهذا يعني ان كمية قليلة من الكاربون تذهب لبناء الكتلة الحيوية. وبما ان الخلفية الوراثية للـ E. coli معروفة جيدا فهذا يعني إمكانية انتاج مكوثرات جديدة.

ويرام في أغلب الأحيان انتاج اللدائن ذات طول سلاسل المتوسطة Medium length.نتاج اللدائن ذات طول سلاسل المتوسطة مكوثرات جديدة.

 الوزن الجاف للخلايا وهذا يعني ان كمية قليلة من الكاربون تذهب لبناء الكتلة ا+الذي يؤدي الى تكون سالبة داخل الخلية) والفرق في الارقام الهيدروجينية  جيني الداخلي، وتقوم الجدران الخلوية ببعض هذه المهمة كما ذ (mcl – PHAs) chain PHAs التي وجدت بداية انها تنتج من قبل البكتريا Ps. Putida GPo1 (سابقا Ps. oleovoran GPo 1).

ميزات انتاج PHB في E. coli المهندسة وراثيا

• امكانية استعمال مصادر كثيرة من الكاربون للانتاج مثل اللاكتوز والزايلوز والسكروز وغيرها ويزيد من امكانية استعمال مواد اولية رخيصة مثل الشرش والمولاس والمخلفات الزراعية.
• سرعة الانتاج كما موضح أعلاه.
• تكون عمليات الاستخلاص من الخلايا المهندسة وراثيا أسهل في التقنية وأقل كلفة من عمليات الاستخلاص عند استعمال A. eutrophus وذلك لان خلايا E. coli المهندسة تصبح هشة نتيجة لتجمع المكوثرات داخلها.
• يمكن التحكم بالوزن الجزيئي للمكوثرات المنتجة في E. coli وذلك بالتحكم والسيطرة على الانزيم PHB synthetase الذي يزداد بازدياد فعالية الانزيم. ومعدل الوزن الجزيئي المنتج في E. coli المهندسة وراثيا هو بحدود ³10 x 4" كيلو دالتون في حين ان الوزن الجزيئي للمكوثر المنتج في A. eutrophus يتراوح بين ³10 x 1.2 – ²10 x 6.
• المكوثرات المنتجة في E. coli لا تتفكك نظراً لعدم وجود انزيم PHA deploymerase الموجود في A. eutrophus باعتبار ان المكوثرات تمثل خزين للكاربون في البكتريا لذا تفكك بالأنزيم المذكور عند الحاجة.

والنقاط الموضحة تشير الى التأثير على مواصفات المكوثر الناتج وعمليات معالجته وتصنيعه لذلك فان الهندسة الوراثية تمكن من السيطرة على المواصفات المطلوبة.

والمحاولات جارية لهندسة أحياء اخرى مثل النباتات لان الكلفة ستكون اقل بكثير وبدأت محاولات انتاجه في النبات الزيتي السلجم Rapeseed .

ويمكن ان تحول عمليات الانتاج الى استعمال مواد اولية بديلة مثل النفط باستعمال احياء معزولة من البيئات البحرية مثل استعمال البكتريا Alcanivorax borkumensis والطفرات المشتقة منها التي تقوم بتفكيك النفط وانتاج PHA بإفراط وافرازها الى خارج الخلايا حيث تترسب في البيئة المحيطة خاصة عند نموها على المركبات الاليفاتية التي تعد اهم مكونات النفط.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .