ما هي بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم؟
بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم هي بكتيريا موجبة الجرام تنتمي إلى جنس كلوستريديا . ونظراً لقدرة هذه البكتيريا على إنتاج البوتانول والأسيتون من خلال الإنزيمات (التخميرية)، فهي ذات أهمية خاصة في مجال التكنولوجيا الحيوية . توجد بكتيريا C. أسيتوبوتيليكوم بشكل رئيسي في رواسب المياه والتربة، ولكن أيضًا في العديد من الموائل الأخرى . في العديد من الكائنات الحية، يمكن أيضًا اكتشاف بكتيريا C. أسيتوبوتيليكوم في النباتات المعوية. مثل العديد من بكتيريا كلوستريديا، لذلك تُصنف هذه البكتيريا على أنها موجودة في كل مكان، أي أنه من المفترض أنها موجودة في كل مكان.
ما هي خصائص بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم؟
بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم هي بكتيريا موجبة الجرام تتكون من كروموسوم دائري وبلازميد دائري. وباعتبارها بكتيريا لا هوائية ، تتطلب بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم أساساً خالياً من الأكسجين لتكوين خلايا تكاثرية . في ظل الظروف الهوائية ، تكون البكتيريا قادرة على تكوين البويضة الداخلية بعد بضع ساعات فقط. ويمكن لهذه البكتيريا أن تستمر لعدة سنوات في الركائز الغنية بالأكسجين. وفي ظل الظروف اللاهوائية تكون قادرة مرة أخرى على تكوين جراثيم داخلية. تنتمي هذه البكتيريا إلى الجنس من بكتيريا كلوستريديا، ويمكنها التحرك بنشاط بفضل سوطها وتصنف على أنها منتشرة في كل مكان. إن بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم قادرة على تكسير السكر (محللة للسكر) وكذلك إنتاج العديد من المنتجات ذات القيمة التجارية . وتشمل هذه المنتجات بشكل رئيسي مواد الأسيتون والبيوتانول و الإيثانول.
متى عُزلت بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم لأول مرة؟
عُزلت بكتيريا لأول مرة بين عامي 1912 و1914 على يد حاييم وايزمان. قام وايزمان بزراعة بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم في عملية أطلق عليها اسم طريقة ABE. وكان ينوي استخدام هذه الطريقة في المقام الأول لإنتاج مواد الأسيتون و البيوتانول والإيثانول. وخلال الحرب العالمية الأولى، استُخدمت هذه المنتجات لإنتاج مادة TNT، وكذلك لإنتاج البارود . كانت طريقة ABE منتشرة بشكل خاص في الخمسينيات. ونظرًا للأزمة المحيطة بالوقود الأحفوري ، تُجرى حاليًا أبحاث حول استخدام طريقة ABE من أجل تحديد عمليات بتروكيماوية جديدة.
ما مدى خطورة بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم؟
بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم كلوستريديوم غير ضارة تمامًا لكل من النباتات والحيوانات . على الرغم من اكتشاف هذه البكتيريا في الأمعاء الغليظة البشرية، إلا أنه لا يمكن اعتبارها جزءًا من الفلورا البشرية الطبيعية . ومع ذلك، لا يبدو أنها سامة على الثدييات إلا إذا كانت موجودة بكميات هائلة .
كيف تُستخدم بكتيريا كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم في التكنولوجيا الحيوية؟
منذ القرن العشرين، لعبت بكتيريا الكلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم دورًا مهمًا في التكنولوجيا الحيوية . هناك حاجة إلى الأسيتون الذي يمكن الحصول عليه من البكتيريا لإنتاج المطاط الصناعي . قامت جامعة مانشستر بتوظيف حاييم وايزمان للعمل على التخمير، أي التحويل الميكروبي للمواد العضوية بواسطة الفطريات والبكتيريا البروبيوتيليكية. خلال عمله بين عامي 1912 و1914، نجح وايزمان في عزل عدة سلالات من ما يسمى بعملية ABE، والتي أصبحت تعرف باسم Clostridium acetobutylicum. بالمقارنة مع عمليات التخمير المعروفة حتى الآن على الموقع الإلكتروني ، قدمت عملية وايزمان ABE ميزة المتمثلة في زيادة الكفاءة.
نظرًا لاندلاع الحرب العالمية الأولى ، ارتفع الطلب على الأسيتون بشكل حاد. ومن بين أمور أخرى، تم استخدامه لإنتاج البارود عديم الدخان (الكوردايت) في . على الرغم من عدم الحاجة إلى الأسيتون بعد نهاية الحرب العالمية الأولى، إلا أن الطلب على البيوتانول أصبح الآن مطلوبًا كمذيب لإنتاج الدهانات لصناعة السيارات. وحتى ذلك الحين، كان البوتانول من نفايات إنتاج الأسيتون . ومع نمو صناعة السيارات في عشرينيات القرن العشرين، زاد الطلب على البيوتانول أيضًا.
في أواخر الخمسينيات والستينيات، ومع تطور صناعة البترول بمعدل مذهل وارتفاع سعر التخمير، لم تستطع طريقة التخمير التي اخترعها وايزمان أن تنافس إنتاج البتروكيماويات . وبحلول عام 1957، تم إغلاق معظم مصانع التخمير . ومع ذلك، نظرًا لارتفاع أسعار النفط بشكل مستمر منذ ذلك الحين، هناك الآن محاولات لإعادة التفكير في التخمير لإنتاج المذيبات الصناعية .
الوضع الحالي للأبحاث حول كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم
على وجه الخصوص البوتانول، ولكن أيضًا الإيثانول كمنتج تخميري للكلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم، تم بحثه بشكل مكثف في السنوات الأخيرة كمصدر وقود بديل محتمل للسيارات. ويتميز البوتانول عن الإيثانول بأنه ينبعث منه انبعاثات أقل ولكنه أيضًا أكثر كفاءة. اقترحت دراسة من 2006 تخمير البوتانول باستخدام عملية جديدة حاصلة على براءة اختراع ، بهدف استبدال طريقة ABE التي استخدمت حتى الآن. وتنطوي عملية الإنتاج الجديدة على استخدام ألياف الذرة (نسيج الخشب بشكل رئيسي) لتحل محل مادة C. أسيتوبوتيليكوم كركيزة وبالتالي إنتاج البيوتانول الأكثر فعالية من حيث التكلفة. الميزة هنا هي أيضًا أن ألياف الذرة هي منتج ثانوي للعديد من العمليات الزراعية على أي حال، وبالتالي فهي تمثل مصدرًا غنيًا ركيزة .
وبالإضافة إلى إنتاج البوتانول ، فإن أسيتوبوتيليكوم الأسيتوبوتيليكوم هو أيضًا محور الاهتمام البحثي لإنتاج غاز الهيدروجين كمصدر بديل للطاقة. لا يحتوي غاز الهيدروجين على كمية كبيرة من الطاقة فحسب، بل يمكن أن يكون مفيدًا للغاية كبديل للبنزين ، خاصة وأنه لا ينتج ثاني أكسيد الكربون أو غازات الاحتباس الحراري . في الوقت الحالي، يتم إنتاج معظم غاز الهيدروجين من مصادر غير متجددة، لذا فإن طريقة إنتاج بديلة باستخدام عمليات التخمير ستكون ذات قيمة كبيرة. لذلك فإن أحدث الأبحاث التي أجريت على كلوستريديوم أسيتوبوتيليكوم تبحث في عمليات التخمير المختلفة للتحقيق في تحسين الإنتاج من غاز الهيدروجين. حتى الآن، تم تقديم مفاعل قاع قطرة كخيار إنتاج. يستخدم مفاعل القاع المقطري مفاعل القاع المقطري الجلوكوز كركيزة، ولكنه أنتج حتى الآن القليل من غاز الهيدروجين للاستخدام الصناعي . ومع ذلك، إذا تم تطوير هذه الطريقة بشكل أكبر، يمكن اعتبار المفاعل القاعي المقطّر وسيلة إنتاج محتملة في المستقبل .