X
تبلیغات
رایتل

بیوتکنولوژی

امین جعفری طهرانی (کارشناس ارشد بیوتکنولوژی)

ارمغان بیوتکنولوژى براى محیط زیست

 

 
اطرافمان انباشته از پلاستیک شده است. هر کارى که انجام مى دهیم و هر محصولى را که مصرف مى کنیم، از غذایى که مى خوریم تا لوازم برقى به نحوى با پلاستیک سروکار داشته و حداقل در بسته بندى آن از این مواد استفاده شده است. در کشورى مثل استرالیا سالانه حدود یک میلیون تن پلاستیک تولید مى شود که ۴۰ درصد آن صرف مصارف داخلى مى شود. در همین کشور هرساله حدود ۶ میلیون بسته یا کیسه پلاستیکى مصرف مى شود. گرچه بسته بندى پلاستیکى با قیمتى نازل امکان حفاظت عالى از محصولات مختلف خصوصاً مواد غذایى را فراهم مى کند ولى متاسفانه معضل بزرگ زیست محیطى حاصل از آن گریبان گیر بشریت شده است. اکثر پلاستیک هاى معمول در بازار از فرآورده هاى نفتى و ذغال سنگ تولید شده و غیرقابل بازگشت به محیط هستند و تجزیه آنها و برگشت به محیط چند هزار سال طول مى کشد. به منظور رفع این مشکل، محققان علوم زیستى در پى تولید پلاستیک هاى زیست تخریب پذیر از منابع تجدیدشونده مثل ریزسازواره ها و گیاهان هستند.
واژه زیست تخریب پذیر یا Biodegradable به معنى موادى است که به سادگى توسط فعالیت موجودات زنده به زیرواحدهاى سازنده خود تجزیه شده و بنابراین در محیط باقى نمى مانند. استانداردهاى متعددى براى تعیین زیست تخریب پذیرى یک محصول وجود دارد که عمدتاً به تجزیه ۶۰ تا ۹۰ درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود مى شود. این استاندارد در کشورهاى مختلف متفاوت است. اما دلیل اصلى زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیک هاى معمولى، طویل بودن طول مولکول پلیمر و پیوند قوى بین مونومرهاى آن بوده که تجزیه آن را توسط موجودات تجزیه کننده با مشکل مواجه مى کند.
با این حال تولید پلاستیک ها با استفاده از منابع طبیعى مختلف، باعث سهولت تجزیه آنها توسط تجزیه کنندگان طبیعى مى شود.
براى این منظور و با هدف داشتن صنعتى در خدمت توسعه پایدار و حفظ زیست بوم هاى طبیعى، تولید نسل جدیدى از مواد اولیه مورد نیاز صنعت بر اساس فرآیندهاى طبیعى در دستور کار بسیارى از کشورهاى پیشرفته قرار گرفته است. به طور مثال دولت آمریکا طى برنامه اى بنا دارد تا سال ،۲۰۱۰ تولید مواد زیستى را با استفاده از کشاورزى و با بهره بردارى از انرژى خورشید با درآمد تقریبى ۱۵ تا ۲۰ میلیارد دلار انجام دهد. در این بین تولید پلیمرهاى زیستى جایگاه خاصى دارند. تولید اینگونه پلیمرها توسط طیف وسیعى از موجودات زنده مثل گیاهان، جانوران و باکترى ها صورت مى گیرد. چون این مواد اساس طبیعى دارند، بنابراین توسط سایر موجودات نیز مورد مصرف قرار مى گیرند و تجزیه کنندگان از جمله مهم ترین این موجودات زنده در موضوع مورد بحث ما هستند. براى بهره بردارى از این پلیمرها در صنعت دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:
الف - دید محیط زیستى: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاک را بر هم نزنند و به راحتى با برنامه هاى مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند.
ب - دید صنعتى: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و کارایى داشته باشند و از همه مهم تر، پس از برابرى یا بهبود کیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبى داشته باشند.
در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسى تولید مواد براى دستیابى به اهداف مورد انتظار ضرورى است.
همانطور که ذکر شد، تولید پلیمرهاى تجدیدشونده با بهره بردارى از کشاورزى، یکى از روش هاى تولید صنعتى پایدار است. براى این منظور دو روش اصلى وجود دارد: نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستى گیاه است. پلیمرهایى که از این روش تولید مى شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبرها و چربى هاى گیاهى هستند که به عنوان شالوده مواد پلیمرى و محصولات طبیعى کاربرد دارند. دسته دیگر موادى هستند که پس از انجام فرآیندهایى مانند تخمیر و هیدرولیز مى توانند به عنوان مونومر پلیمرهاى مورد نیاز صنعت استفاده شوند.
مونومرهاى زیستى همچنین مى توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند که مثال بارز آن پلى هیدروکسى آلکانوات ها هستند.
باکترى ها از جمله موجوداتى هستند که این دسته از مواد را به صورت گرانول هایى در پیکره سلولى خود تولید مى کنند. این باکترى به سهولت در محیط کشت رشد داده شده و محصول آن برداشت مى شود.
رهیافت دیگر جداسازى ژن هاى درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان است که پروژه هایى در این زمینه از جمله انتقال ژن هاى باکتریایى تولید PHA به ذرت انجام شده است. نکته اى که نباید از نظر دور داشت این است که به رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیک هاى زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعى آنها بسیار کمتر از پلاستیک هاى سنتى باشد؛ چرا که بهاى تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمى گیرد. در ادامه مبحث، تولید پلاستیک هاى زیست تخریب پذیر PHA به طور اختصاصى مورد بررسى قرار مى گیرد. تقریباً تمامى پلاستیک هاى معمول در بازار از محصولات پتروشیمى که غیرقابل  برگشت به محیط هستند، به دست مى آیند. راه حل جایگزین براى این منظور، بهره بردارى از باکترى هاى خاکزى مانند Ralstonia eutrophus است که تا ۸۰ درصد از توده زیستى خود قادر به انباشتن پلیمرهاى غیرسمى و تجزیه پذیر پلى هیدروکسى  آلکانوات (PHA) هستند. PHAها عموماً از زیرواحد بتاهیدروکسى آلکانوات و به واسطه مسیرى ساده با سه آنزیم از استیل-کوآنزیم A ساخته شده و معروف ترین آنها پلى هیدروکسى بوتیرات (PHB) است. در خلال دهه ۸۰ میلادى شرکت انگلیسى ICI فرآیند تخمیرى را طراحى و اجرا کرد که از آن طریق PHB و سایر PHAها را با استفاده از کشت E.coli اصلاح ژنتیکى شده که ژن هاى تولید PHA را از باکترى هاى تولیدکننده این پلیمرها دریافت کرده بود، تولید مى کرد.
متاسفانه هزینه تولید این پلاستیک هاى زیست تخریب پذیر، تقریباً ۱۰ برابر هزینه تولید پلاستیک هاى معمولى بود. با وجود مزایاى بى شمار زیست محیطى این پلاستیک ها مثل تجزیه کامل آنها در خاک طى چند ماه، هزینه بالاى تولید آنها باعث اقتصادى نبودن تولید تجارتى در مقیاس صنعتى بود. با این وجود بازار کوچک و پرسودى براى این محصولات ایجاد شد و از پلاستیک هاى زیست تخریب پذیر براى ساخت بافت هاى مصنوعى بهره بردارى شد. با وارد کردن این پلاستیک ها در بدن، آنها به تدریج تجزیه شده و بدن بافت طبیعى را در قالب پلاستیک وارد شده دوباره سازى مى کند. در این کاربرد تخصصى پزشکى، قیمت اینگونه محصولات زیستى قابل مقایسه با کاربردهاى کم ارزش اقتصادى پلاستیک در صنایع اسباب بازى، تولید خودکار و کیف نیست.
هزینه تولید PHAها با تولید آنها در گیاهان اصلاح ژنتیکى شده و کشت وسیع در زمین هاى کشاورزى، به نحو قابل ملاحظه اى کاهش خواهد یافت. این موضوع باعث شد که شرکت مونسانتو در اواسط دهه ۹۰ میلادى امتیاز تولید PHA را از شرکت ICI کسب کند و به انتقال ژن هاى باکترى به گیاه منداب بپردازد. مهیا کردن شرایط براى تجمع PHAها در پلاستید به جاى سیتوسل، امکان برداشت محصول پلیمرى را از برگ و دانه ایجاد کرد. مهم ترین مشکل لاینحل باقى مانده در بخش فنى این پروژه، نحوه استخراج این پلیمر از بافت هاى گیاهى با روشى کم هزینه و کارآمد است.
مشکل دیگر در زمینه PHB است که در حقیقت مهم ترین گروه از PHAها بوده ولى متاسفانه شکننده بوده و در نتیجه براى بسیارى از کاربردها مناسب نیست. بهترین پلاستیک هاى زیست تخریب پذیر، کوپلیمرهاى پلى هیدروکسى بوتیرات با سایر PHAها مثل پلى هیدروکسى والرات هستند. تولید اینگونه کوپلیمرها در گیاهان اصلاح ژنتیکى شده بسیار سخت تر از تولید پلیمرهاى تک مونومر است. در سال ۲۰۰۱ این مشکلات به همراه مسائل مالى شرکت مونسانتو باعث شد تا این شرکت امتیاز تولید PHA اصلاح ژنتیکى شده را به شرکت Metabolix واگذار کند. شرکت Metabolix در قالب یک پروژه مشارکتى با وزارت انرژى آمریکا به ارزش تقریبى ۸/۱۴ میلیون دلار، براى تولید PHA در گیاهان اصلاح ژنتیکى شده تا پایان دهه ۲۰۱۰ میلادى تلاش مى کند. گروه هاى دیگرى نیز براى تولید PHA در گیاهانى مثل نخل روغنى تلاش مى کنند. باید منتظر بود تا سرانجام شاهد تولید اقتصادى این محصولات دوستدار محیط زیست در آینده اى نزدیک بود.
Hand book of Plant Biotechnology(2004) Paul Christou and Haraly Klee, WILEY.
PHA production, from bacteria to plants(1999) Valentine et al, Int J Biol Macromol 25: 303-6.
Bacteria and other biological systems for Steinbuchel polyester production(1998) and Fuchtenbusch, Trends Biotechnol 16: 419-27
به نقل از روزنامه شرق تاریخ ۲۶ تیر ۱۳۸۵
تاریخ ارسال: سه‌شنبه 10 مرداد‌ماه سال 1385 ساعت 10:59 ق.ظ | نویسنده: امین جعفری طهرانی | چاپ مطلب
نظرات (4)
چهارشنبه 10 مهر‌ماه سال 1387 09:26 ب.ظ
[ ]
امتیاز: 0 0
لینک نظر
دوشنبه 13 خرداد‌ماه سال 1387 04:02 ب.ظ
کمیته اجرایی دومین همایش [ ]
امتیاز: 0 0
لینک نظر
با عرض سلام
بدینوسیله از جنابعالی دعوت میشود در دومین همایش وبلاگ نویسان کشاورزی و منابع طبیعی که در روزهای سوم و چهارم مردادماه سال جاری برگزار می گردد شرکت نمایید.
ضمنا برای پیگیری اخبار همایش به وبلاگ www.agriblogs.blogsky.com مراجعه نمایید.

کمیته اجرایی دومین همایش
سه‌شنبه 31 اردیبهشت‌ماه سال 1387 05:11 ب.ظ
سعید مقیسه [ ]
امتیاز: 0 0
لینک نظر
با عرض سلام
بدینوسیله از جنابعالی دعوت میشود در دومین همایش وبلاگ نویسان کشاورزی و منابع طبیعی که در روزهای سوم و چهارم مردادماه سال جاری برگزار می گردد شرکت نمایید.
ضمنا برای پیگیری اخبار همایش به وبلاگ www.agriblogs.blogsky.com مراجعه نمایید.
یکشنبه 6 آبان‌ماه سال 1386 09:02 ب.ظ
JIGHKESH [ ]
امتیاز: 0 0
لینک نظر
راستی قضیه ی پرورش باکتری برای چاه های نفت به کجا کشید؟
اجازه گرفتین ازمدیریت نفت؟
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
نام :
پست الکترونیک :
وب/وبلاگ :
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد