دراسة تقترح استخدام ذباب الجندي الأسود لإحداث ثورة في معالجة النفايات

استخدام ذباب الجندي الأسود لمعالجة النفايات

في دراسة حديثة نشرت في مجلة (Communications Biology)، يقترح العلماء في جامعة ماكواري استخدام ذباب الجندي الأسود (black soldier fly) المهندس وراثيًا لمعالجة مجموعة واسعة من مجاري النفايات، وإنشاء مكونات خام للصناعة ومعالجة أهداف التنمية المستدامة للأمم المتحدة (SDGs).

تتصور الكاتبة الرئيسية للورقة، الدكتورة كيت تيبر، عالمة الأحياء الاصطناعية وزميلة أبحاث ما بعد الدكتوراه في العلوم البيولوجية التطبيقية بجامعة ماكواري، مستقبلًا حيث يمكن للذباب المُهندَس وراثيًا تحويل إدارة النفايات والتصنيع الحيوي المستدام. ومع ما يقدر بنحو 40 إلى 70% من النفايات العضوية العالمية التي تنتهي في مدافن النفايات، فإن هذا النهج لديه القدرة على تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة بشكل كبير وإنشاء اقتصاد أكثر دائرية.

محتويات المقال :

النفايات المتراكمة

العالم يغرق في النفايات. كل يوم، ينتج البشر ما يقدر بنحو 3.5 مليون طن من النفايات الصلبة. وهذه النفايات لا تلوث بيئتنا فحسب، بل تساهم أيضًا في حوالي 5٪ من انبعاثات الغازات الدفيئة العالمية. بل إن الوضع أكثر خطورة في البلدان النامية، حيث تلوث النفايات العضوية الملقاة مصادر المياه، وتجذب الآفات، وتنشر الأمراض.

تخيل سيناريو حيث تصبح النفايات موردًا قيمًا، وليس مسؤولية. هذه هي رؤية الاقتصاد الدائري (Circular economy)، حيث يتم تحويل النفايات إلى منتجات عالية القيمة، والفوائد الاقتصادية تدفع الممارسات المستدامة. ولكن، كيف يمكننا تحقيق ذلك؟

وفي الوقت الحالي، تُستخدم النفايات العضوية غالبًا كبديل للأسمدة الاصطناعية لزراعة المحاصيل. ومع ذلك، فإن وجود مواد كيميائية سامة مثل (PFAS) في النفايات يشكل تحديًا كبيرًا. علاوة على ذلك، كثيراً ما يحرق المزارعون في البلدان النامية أجزاء المحاصيل المتبقية، مما يؤدي إلى تلوث الهواء.

تاريخ موجز لذباب الجندي الأسود في إدارة النفايات

تم استخدام ذباب الجندي الأسود لمعالجة النفايات لقدرته الرائعة على استهلاك النفايات العضوية ومعالجتها. وقد تم استخدام هذه الحشرات تجاريًا لتحويل النفايات إلى مصدر بروتين بديل لتغذية الحيوانات. ومع ذلك، فإن إمكاناتها تتجاوز مجرد استهلاك النفايات. وبفضل قدرته الطبيعية على تحليل المواد العضوية، تم استخدام ذباب الجندي الأسود لتحويل المواد الصلبة الحيوية (Biosolids)، المنتجات الثانوية العضوية لمعالجة مياه الصرف الصحي، إلى أسمدة، مما أدى إلى تقليل الحاجة إلى الأسمدة الاصطناعية.

لكن هل تعلم أن ذباب الجندي الأسود قد تم استخدامه في إدارة النفايات منذ عقود؟ في الستينيات، اكتشف الباحثون لأول مرة استخدام هذا الذباب لتحليل النفايات العضوية. ومنذ ذلك الحين، تم تسخير إمكاناتها في مجالات مختلفة، بدءًا من تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة وحتى إنتاج أعلاف حيوانية مستدامة.

التحول الجيني

من خلال تعديل جينوم ذباب الجندي الأسود، يهدف الباحثون إلى تمكين هذه الحشرات من هضم مجموعة واسعة من النفايات العضوية، بما في ذلك النفايات الملوثة غير القابلة للاستخدام حاليًا. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى توسيع أنواع النفايات التي يمكن إعادة تدويرها، مما يقلل من كمية النفايات المرسلة إلى مدافن النفايات ويخفف من الضرر البيئي الناجم عن المواد الكيميائية السامة.

أحد الأهداف الرئيسية للتعديل الوراثي هو تعزيز قدرة الذبابة على تحطيم الجزيئات العضوية المعقدة، مثل اللجنين (Lignin)، وهو مكون رئيسي في الكتلة الحيوية النباتية. وهذا من شأنه أن يسمح للذباب بتحويل النفايات إلى منتجات عالية القيمة، مثل الإنزيمات الصناعية والوقود الحيوي ومواد التشحيم.

وباستخدام أدوات تعديل الجينات المتقدمة، مثل كريسبر، يمكن للباحثين إدخال السمات المرغوبة بشكل انتقائي في جينوم الذبابة. ويمكن أن يشمل ذلك الجينات التي تسمح للذبابة بتحليل ملوثات معينة، أو إنتاج إنزيمات يمكنها تحويل النفايات إلى مواد كيميائية مفيدة.

إمكانات التصنيع الحيوي والإنتاج المستدام

أحد التطبيقات الواعدة هو إنتاج الإنزيمات الصناعية. وتستخدم هذه الإنزيمات حاليا في صناعات مختلفة، بما في ذلك الثروة الحيوانية والنسيج والأغذية والأدوية، وتمثل سوقا عالمية تبلغ قيمتها مليارات الدولارات سنويًا. ومن خلال هندسة ذباب الجندي الأسود لإنتاج هذه الإنزيمات، يمكن للعلماء إنشاء عملية إنتاج أكثر استدامة وكفاءة.

ولكن هذا ليس كل شيء. حيث يمكن للذباب المُهندَس وراثيًا أيضًا توليد دهون متخصصة لاستخدامها في الوقود الحيوي ومواد التشحيم، لتحل محل المنتجات المشتقة من الوقود الأحفوري وتساهم في صناعة أكثر صداقة للبيئة. علاوة على ذلك، يمكن تصميم يرقات هذا الذباب لتحليل النفايات العضوية الملوثة، وحمأة مياه الصرف الصحي (المادة شبه الصلبة والمُـتبقية منِ عملية معالجة مياه الصرف الصحي) (Sewage sludge)، وغيرها من المواد العضوية المعقدة، مما يفتح آفاقا جديدة لإدارة النفايات وإعادة تدويرها.

إن الآثار المترتبة على التصنيع الحيوي الذي يعمل بالذباب بعيدة المدى. ومن خلال تسخير قوة هذه الحشرات، يمكن للصناعات تقليل بصمتها البيئية، وخفض تكاليف الإنتاج، والاستفادة من مصادر الإيرادات الجديدة. وكما يشير الدكتور تيبر، فإذا أردنا اقتصادًا دائريًا مستدامًا، فيجب أن تنجح اقتصادياته.

تسويق الذباب الهندسي من أجل اقتصاد دائري

إن البحث الرائد حول ذباب الجندي الأسود المعدل وراثيًا على وشك إحداث ثورة في إدارة النفايات. إن قدرة هذه الحشرات على التهام النفايات العضوية وإنتاج مدخلات صناعية قيمة تستطيع تغيير الطريقة التي نتعامل بها مع إدارة النفايات. ومع تسويق هذه التكنولوجيا، يمكننا أخيرا إغلاق العملية المتعلقة بإنتاج النفايات واستهلاكها، مما يخلق اقتصادا دائريا حقا.

بدأت شركة (EntoZyme) المنبثقة عن جامعة ماكواري في تمهيد الطريق بالفعل لإنتاج كميات كبيرة من الذباب المُهندَس وراثيًا. ومع تقديم طلبات براءات الاختراع، أصبحنا جاهزين لاعتماد هذه التكنولوجيا على نطاق واسع. ولا يمكن إنكار الفوائد الاقتصادية لهذا الابتكار، مع إمكانية إنشاء سوق بمليارات الدولارات. ولكن الأهم من ذلك هو أن لديها القدرة على دفع التحول المستدام، مما يجعل إدارة النفايات عملاً مربحًا يفيد البيئة أيضًا.