اقترح متخصصون من جامعة تولا الحكومية (TulSU) في روسيا طريقة مبتكرة لحماية البكتيريا المفيدة من التأثيرات البيئية الضارة، وذلك عبر وضعها داخل كبسولات مصنوعة من أكسيد السيليكون (SiO₂). وتهدف هذه التقنية إلى زيادة فعالية استخدام الكائنات الدقيقة وجعل تطبيقها أكثر جدوى اقتصادية في عدة مجالات حيوية.

أهمية البكتيريا في الصناعات المختلفة

تُستخدم المواد التي تنتجها البكتيريا على نطاق واسع في العديد من القطاعات من بينها:

تخمير الأجبان والبيرة والنبيذ

إنتاج المضادات الحيوية

معالجة وتنقية مياه الصرف الصحي

إلا أن العلماء أوضحوا أن البكتيريا غالبا ما تموت بسرعة عند تعرضها لبيئات غير ملائمة، مثل بقع النفط أو الظروف الكيميائية القاسية، ما يستدعي إعادة زراعتها باستمرار، وهو ما يزيد التكاليف ويقلل الكفاءة.

تقنية مستوحاة من الطبيعة

بالتعاون مع باحثين من معاهد الأكاديمية الروسية للعلوم (RAN)، استلهم علماء جامعة تولا هذه الفكرة من الطبيعة، حيث تستخدم الطحالب الدياتومية دروعا سيليكونية طبيعية لحماية خلاياها. وتتحول هذه الدروع مع مرور الزمن إلى صخر رسوبي يُعرف باسم الدياتوميت.

وقد قام الباحثون بتطوير غلاف واقٍ مشابه يعتمد على أكسيد السيليكون، يعمل كدرع يحمي الخلايا البكتيرية من عوامل الإجهاد البيئي المختلفة.

تطبيقات واسعة في الطب والصناعة

أوضحت داريا لافروفا، الباحثة الرئيسية في مختبر التكنولوجيا الحيوية البيئية والطبية بمركز الأبحاث «بيو كيم تيخ» التابع لجامعة تولا، أن هذه التقنية يمكن استخدامها في:

المفاعلات الحيوية في الصناعات الدوائية

صناعة مستحضرات التجميل

معالجة المنتجات الزراعية

وأضافت أن عملية الكبسلة تسهّل استخلاص المستقلبات الحيوية منخفضة الوزن الجزيئي من الوسط الذي تنمو فيه البكتيريا، ما يرفع من كفاءة العمليات الصناعية.

تفوق الدروع السيليكونية على الحلول الحالية

أكدت لافروفا أن الأغلفة السيليكونية الجديدة تتفوق على المواد المستخدمة حاليا، والتي غالبا ما تتعرض للتحلل ولا توفر حماية كاملة للبكتيريا المفيدة. كما أشارت إلى أن المواد الحيوية المستوحاة من الطبيعة تمتاز بانخفاض تكلفتها وارتفاع فعاليتها، نظرًا لأن الطبيعة طورتها عبر ملايين السنين من التطور.

تقنية آمنة ومرنة لمختلف أنواع الخلايا

يمتاز هذا الابتكار بعدم اعتماده على مواد كيميائية عدوانية قد تشكل خطرا على الخلايا البكتيرية. كما أن التقنية قابلة للتطبيق على خلايا من أنواع مختلفة، مما يفتح المجال لاستخدامها على نطاق واسع في مجالات متعددة من التكنولوجيا الحيوية.

آفاق طبية واعدة في حفظ الخلايا

من أبرز الاستخدامات المستقبلية لهذه التقنية في المجال الطبي تطوير طريقة جديدة لـ الحفظ الحيوي بالتجميد (Biocryopreservation)، حيث يتم تجميد الخلايا داخل سيليكا غير متبلورة. ويسمح هذا الأسلوب بالحفاظ على الخلايا كاملة داخل مادة قوية ميكانيكيًا، مع الحفاظ على وظائفها الحيوية لفترات زمنية طويلة.