פיתוח ידידותי לסביבה מפרק מזהמים סביבתיים לחומרים בלתי מזיקים

מחקר משותף בהובלת חוקרות מאוניברסיטת תל אביב וממכון מחקר מיג״ל וממכללת תל חי, הוביל לפיתוח תהליך חדשני וידידותי לסביבה לפירוק חומרים מזהמים שגורמים נזק לסביבה ולאדם. המחקר התמקד בחומר ההדברה הרעיל פאראוקסון (סוג של זרחן אורגני), שעדיין נמצא בשימוש במדינות מתפתחות, מזהם את הקרקע ועלול לחדור למאגרי מים ולמי תהום. בתהליך החדש פורק החומר לחומרים בלתי מזיקים באמצעות שילוב של אנזים וחיידקים טבעיים. לדברי החוקרות, הפלטפורמה שפיתחו יכולה להתאים לסוגים רבים של חומרים רעילים ומזהמים. "אנחנו מאמינים שבעתיד הוא יסייע בניקוי זיהומי קרקע ומים - אתגר מרכזי של העולם המודרני".

המחקר הובל על ידי פרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ מבית הספר לרפואת שיניים ע"ש מוריס וגבריאלה גולדשלגר באוניברסיטת תל אביב, וד"ר ליבנת אפריאט-ג'ורנו ממכון מחקר מיג״ל וממכללת תל חי, ובשיתוף פעולה בין צוותי המעבדות הכוללים את הדוקטורנט יואב דן, דויד גורביץ', ד״ר אופיר גרשוני ופרנצ'סקה נטי.  המחקר מומן על ידי משרד המדע ומשרד החלקאות, ופורסם בכתב העת ACS Applied Materials & Interfaces. 

שיטה חדשה לפירוק חומרי הדברה רעילים

מסבירה פרופ' אדלר-אברמוביץ: "מזהמים סביבתיים, בהם חומרי הדברה, מהווים כיום בעיה חמורה בכל העולם. הם מזהמים את הקרקע, וחמור מכך, בהיעדר טיפול הולם הם עלולים להגיע לקרקע חקלאית, למאגרי מים ולמי התהום ולזהם את המזון שלנו ומקורות המים החיוניים לקיומנו. במחקר זה ביקשנו לפתח שיטה יעילה וידידותית לסביבה שתפרק חומרים מזהמים לתוצרים בלתי מזיקים".

צוות המחקר בחר להתמקד בחומר הדברה הקרוי פאראוקסון - סוג של זרחן אורגני רעיל שפוגע במערכת העצבים, ונמצא כיום בשימוש בעיקר במדינות מתפתחות. בשלב הראשון הם ביקשו להשתמש באנזים MPH (מתיל פרתיון הידרולאז), השייך למשפחת אנזימים פוספוטריאסטרזות הנחקרות במעבדת אפריאט-ג׳ורנו,  בשל היכולת שלהם לפרק את קוטל החרקים ביעילות מאוד גבוה, אך תוצר הפירוק האנזימטי עדיין נחשב חומר רעיל. ד״ר אפריאט-ג׳ורנו מסבירה ״על מנת לאפשר פירוק של קוטל החרקים לחומרים לא רעילים נדרשנו לאתגר מורכב, המשלב אנזימים וחיידקים מהסביבה בעלי יכולת פירוק של תוצרי הלוואי הרעילים״. 

החוקרים מסבירים שהאנזים MPH מפרק את חומר ההדברה לשני תוצרי לוואי, אך אחד מהם, PNP (פארניטרו-פנול) נחשב גם הוא למזהם סביבתי, גם אם רעיל פחות. כדי לפרק גם את ה-PNP לתוצרים בלתי מזיקים, הם הוסיפו למערכת האנזימים חיידקים מסוג ארתרובקטר. מסבירה ד"ר ליבנת אפריאט-ג'ורנו: "ממחקרים בעבר עלה כי חיידקים אלה חיים בקרקע שזוהמה על ידי חומרי הדברה, ויכולים לפרק אותם ביעילות לחומרים לא רעילים. במחקר שלנו החיידקים פירקו את ה-PNP שנותר לאחר פירוק פאראוקסון, כך שבסופו של דבר כל תוצרי התהליך אינם רעילים וידידותיים לסביבה".

^{תהליך האנקפסולציה של האנזימים בתוך הננו-מבנים מבוססי הפטטידים וכן תהליך הפירוק המלא של הרעלן על ידי האנזימים והבקטריות (זכויות יוצרים - אוניברסיטת תל-אביב)}

ננו-קפסולות שיאריכו את חיי מדף של אנזימים

"אנזימים, שהם חלבונים, רגישים מאוד לכל שינוי בסביבתם, לכן חיי המדף שלהם לרוב קצרים, מה שפוגע ביכולת השימוש שלהם בתעשיות השונות. במחקר שלנו ראינו כי MPH מאבד לחלוטין את פעילותו כ-20 יום לאחר מועד ההפקה. כדי להגיע למוצר עמיד יותר, פיתחנו ננו-קפסולות פפטידיות ייעודיות שמאריכות את חיי המדף שלו, ועשויות מחומר מתכלה שיתפרק בסופו של דבר בטבע. הבדיקות העלו כי בתוך הקפסולות האנזים שומר על פעילותו זמן רב יחסית: כ-50% מהפעילות נשמרת גם כעבור ארבעה וחצי חודשים (132 יום)", מסביר יואב דן.

"במחקר שלנו פיתחנו מערכת משולבת של אנזימים המוגנים בתוך ננו-מבנים ומאפשרת את השילוב שלהם עם תרבית חיידקים טבעיים. מערכת זו מאפשרת  פירוק חומר הדברה רעיל לתוצרים בלתי מזיקים. חשוב לציין שהשיטה החדשה עושה שימוש אך ורק בחומרים מן הטבע – אנזימים, פפטידים וחיידקים, ללא חומרים מהונדסים שהשפעתם העתידית על הסביבה אינה ידועה. יתרה מכך, המערכת שלנו גמישה, וניתן לשלב בה אנזימים וחיידקים בעלי יכולות שונות, שיפרקו מגוון רחב של חומרים מזהמים. אנו מאמינים שהשיטה שלנו יכולה לשמש בסיס לפיתוח מוצרים ידידותיים ויעילים לניקוי מים או שטחי קרקע  מזוהמים – למען הסביבה, הבריאות, והחקלאות ברחבי העולם", מסכמת פרופ' אדלר-אברמוביץ'.