اكتشف فريق دولي من العلماء بقيادة باحثين من جامعة ولاية أوريغون الأميركية، نوعًا من البكتيريا، يعمل كسلك كهربائي، مما قد يُمهّد الطريق لعصر جديد من الأجهزة الإلكترونية الحيوية المستخدمة في الطب والصناعة وسلامة الأغذية ومراقبة البيئة وتنظيفها.
يأتي هذا الاكتشاف في سياق جهود العلماء في اكتشاف الأنواع الحية الموصلة للكهرباء ومنها البكتيريا التي يمكنها نقل الإلكترونات وتوليد الكهرباء والتي تسمى بالبكتيريا الكهربائية أو بكتيريا الكابلات.
وتُوسّع الدراسة، التي نشرت في دورية “بلايد أند إنفيرومنتال مايكرو بيولوجي” فهمنا للتنوع الجيني والشكليّ لبكتيريا الكابلات التي تمتلك “أيضا” فريدا يعتمد على التوصيل بعيد المدى، وتقدّم وصفًا شكليًا وجينوميًا مُفصّلًا لنوع جديد أطلق عليه تسمية “سي إيه. اليكتروتريكس ياكونينيز”.
بكتيريا الكابلات
ويقول جيسبر فان ديك، الباحث في الجيولوجيا الحيوية، من جامعة أنتويرب البلجيكية والمشارك في الدراسة ، في تصريحاته للجزيرة نت: “إن بكتيريا الكابلات، هي عبارة عن كائنات دقيقة خيطية تُشكل سلاسل طويلة متعددة الخلايا قادرة على نقل الإلكترونات لمسافات تصل إلى سنتيمترات”
ويضيف “توجد هذه الكائنات في الرواسب البحرية ورواسب المياه العذبة، حيث تربط الطبقات السطحية الغنية بالأكسجين بالمناطق العميقة الغنية بالكبريتيد، حيث يسمح لها أيضها الفريد بـ”تنفس” الأكسجين عن بُعد، وذلك باستخدام خيوطها الموصلة لنقل الإلكترونات كما تفعل الأسلاك البيولوجية”.
من ناحية أخرى قال المؤلف الرئيسي للدراسة “لي شنج”، باحث ما بعد الدكتوراه في كلية علوم الأرض والمحيطات والغلاف الجوي، جامعة ولاية أوريغون، في تصريحاته للحزيرة نت “من منظور الكيمياء الحيوية الكهربائية، يُمكن النظر إلى الرواسب المائية كمصفوفة مُعقدة، حيث تُدمج الجسيمات الخاملة، والمعادن النشطة في الأكسدة والاختزال، والمواد العضوية، والكائنات الدقيقة داخل شبكة مسامية غنية بالإلكتروليتات”.
نوع خاص من الكهرباء
وبحسب الدراسة، فهناك أنواع متعددة من البكتيريا التي تمتلك خصائص وقدرات بكتيريا الكابلات، في توليد الكهرباء والإلكترونات لمسافات طويلة.
وفي هذا الصدد يقول الباحث المشارك في الدراسة، فيليب لي، الباحث من جامعة أنتويرب البلجيكية “تحتوي بكتيريا الكابلات على أكثر من 90 نوعًا مختلفًا، يُمكن تقسيم معظمها إلى جنسين مُحددين جيدًا وهما: جنس بحري يوجد في رواسب المياه البحرية، وجنس آخر يوجد في رواسب المياه العذبة، ويشترك النوع المكتشف حديثًا، في بعض المسارات الأيضية (مجموعة التفاعلات الكيميائية في خلايا الكائن)، التي توجد عادةً في جنس رواسب المياه البحرية “.
ويقول شنج “هناك أنواع أخرى من الكائنات الحية الدقيقة النشطة كهربائيًا لا تستطيع توصيل الإلكترونات إلى اختزال الأكسجين على مقياس السنتيمتر، ولكنها قادرة على بناء زوائد خلوية موصلة لتوصيل الكهرباء على مسافة مقياس الميكرومتر واختزال المعادن أو الإلكترونات المؤكسدة بكفاءة عالية”
ويضيف “كما تشمل بكتيريا الكابلات عدة أنواع، منها ما يعرف باسم بكتيريا “الجيو بكتر” وبكتيريا “شيوانيل”، وتتميز هذه البكتيريا بخصائصها المميزة، وقد استُخدمت في أجهزة هندسية مثل خلايا الوقود الميكروبية أو خلايا التحليل الكهربائي الميكروبية، إما لإنتاج الكهرباء أو غاز الهيدروجين من مياه الصرف الصحي ومجاري النفايات الأخرى”.
وحول البكتيريا المكتشفة حديثا، يقول شنج “يتميز هذا النوع عن جميع أنواع بكتيريا الكابلات الأخرى الموصوفة من حيث إمكاناته الأيضية، والأيض هو مجموعة من التفاعلات الكيميائية في خلايا الكائن تحافظ على الحياة، وتحويل الغذاء (الوقود) إلى طاقة لتشغيل العمليات الخلوية، وبناء وحدات بناء للبروتينات والدهون، وغيرها من المركبات الخلوية “
ويوضح الفريق أن البكتيريا الجديدة تتميز بخصائص هيكلية مميزة، بما في ذلك نتوءات سطحية بارزة، يصل عرضها إلى 3 أضعاف تلك الموجودة في الأنواع الأخرى، التي تحتوي على ألياف عالية التوصيل مصنوعة من جزيئات فريدة من النيكل، كما تُمكّن هذه الألياف البكتيريا من نقل الإلكترونات لمسافات طويلة.
فوائد جمة
ويقول فان ديك، في تصريحاته للجزيرة نت “تُقدم بكتيريا الكابلات، في مقدمتها البكتيريا المكتشفة مؤخرًا إمكاناتٍ مثيرة في مجالات متعددة بفضل موصليتها الكهربائية الطبيعية”
ويوضح أنه في مجال الإلكترونيات، يلهم تطوير هذه البكتيريا مواد موصلة متوافقة حيويًا، وفي مجال العلوم البيئية، يُمكنها المساعدة في الكشف عن الملوثات ومعالجة الرواسب.
وإلى جانب ذلك تستطيع هذه البكتيريا نقل الإلكترونات لتنظيف الملوثات، مما يُمكّن من استخدامها لإزالة المواد الضارة من الرواسب، كما أن تصميمها لبروتين نيكل عالي التوصيل قد يُلهم ابتكارات جديدة في مجال الإلكترونيات الحيوية.