חיידקים לאיסוף יסודות נדירים ממי שפכים

אין בעולם משהו יותר סתגלן ומפתיע מחיידקים. או כפי שאחד ממורי הבהיר לי "אם אתה יכול לחשוב על זה חיידקים עשו את זה"

בעיתוןFrontiers in Bioengineering and Biotechnology  דווח כי מדענים הראו ש-12 זני ציאנובקטריה שלא נחקרו בעבר מראים ספיגה ביולוגית יעילה של היסודות הנדירים לנתנום, צריום, ניאודימיום וטרביום מתמיסות מימיות. גילוי זה מאפשר לאסוף את האלמנטים הנדירים האלו, ממי שפכים של כריית מתכות, מיחזור של פסולת אלקטרונית ולעשות בהם שימוש חוזר.

יסודות אדמה נדירים (REEs) הם קבוצה של 17 מתכות דומות מבחינה כימית, שקיבלו את שמם מכיוון שהם נמצאים בריכוזים נמוכים (בין 0.5 ל-67 חלקים למיליון) בתוך קרום כדור הארץ. יסודות אלה הכרחיים בטכנולוגיה מודרנית כגון דיודות פולטות אור (LED), טלפונים ניידים, טורבינות רוח, דיסקים קשיחים, מצלמות, מגנטים ועוד, הביקוש אליהם גדל בהתמדה בעשורים האחרונים, והוא צפוי להמשיך לעלות. בשל נדירותם ועליית הביקוש, יסודות אלה יקרים מאוד, לדוגמא קילו תחמוצת ניאודימיום עולה כ-200 אירו, בעוד שאותה כמות של תחמוצת טרביום עולה כ-3,800 אירו. 

שליטה במשאבים אלה חשובה גם פוליטית כאשר לסין יש כמעט מונופול על כרייתם. מכאן, היכולת של מדינות המערב למחזר חומרים אלה חיונית לא רק לשמירה על כדור הארץ אלא גם כתשובה להגמוניה הסינית בתחום.

ביוסספציה היא תהליך פסיבי מבחינה מטבולית לקשירה מהירה והפיכה של יונים מתמיסות מימיות לביומסה.

מדענים גרמנים ביצעו אופטימיזציה של התנאים של קליטת REE על ידי 12 זני ציאנובקטריה ואפיינו את המנגנונים הכימיים החשובים ביותר לקשירתם. הרעיון הוא לקלוט את החומרים בגוף החיידקים ואז לשטוף את ה-REE הנספגים לאחר מכן מהביומסה ולאסוף לשימוש חוזר. הציאנובקטריות בודדו מבתי גידול קיצוניים כמו קרקעות צחיחות במדבריות נמיביה, פני השטח של חזזיות ברחבי העולם, אגמי נטרון בצ'אד, חריצים בסלעים בדרום אפריקה או פלגים מזוהמים בשוויץ.

החוקרים השתמשו בטכניקה הנקראת ספקטרוסקופיה אינפרא אדום כדי לקבוע אילו קבוצות כימיות פונקציונליות בביומסה היו אחראיות בעיקר לספיגה ביולוגית של  REE. לביומסה המופקת מציאנובקטריה יש מאפייני ספיחה מצוינים בשל הריכוז הגבוה של חלקי סוכר בעלי מטען שלילי, הנושאים קבוצות קרבוניל וקרבוקסיל. רכיבים אלה מושכים יוני מתכת טעונים חיובית כגון REEs ותומכים בהתקשרותם לביומסה. 

מבין הציאנובקטריה שבודדו נמצא כי לזן חדש של Nostoc יש את היכולת הגבוהה ביותר לספיגה ביולוגית של יונים של ארבעת ה-REE הללו מתמיסות מימיות, עם יעילות בין 84.2 ל-91.5 מ"ג לגרם ביומסה (כ-10% ממשקל החיידקים). כמוכן, התהליך מהיר: לדוגמה, רוב הצריום בתמיסה נספג ביולוגית תוך חמש דקות מתחילת התגובה.

המערכת צפויה להיות ישימה כלכלית בעתיד הקרוב הן בגלל הפשטות שלה והן בגלל שהביקושים ל- REEs צפויים לעלות משמעותית בשנים הקרובות.