قابلية احياء التعدين على المنافسة

 في التعدين الحيوي وخاصة العمليات الكبيرة منها تتم في بيئات مفتوحة اي غير معقمة. وبذا تكون عرضة للتلوث بالأحياء الموجودة في الخامات او المركزات والمواد اللاعضوية المضافة وكذلك الماء والهواء. وعند حصول هذه الحالة قد تكون المنتجات ذات نوعية واطئة الجودة، ولكن هذا لا يمثل واقع الحال، فأحياء التعدين تكون قادرة على تفكيك الاملاح بكفاءة وتنمو بشكل سريع، أي يكون لها وقت جيل او تضاعف قصير، ولكن في المفاعلات الحيوية المستمرة تتعرض الخلايا لعمليات الانجراف، لذلك تهيأ الظروف للأحياء للتكاثر بسرعة حتى لا تؤثر عليها عمليات الانجراف وتكون هي المتغلبة في المفاعلات الحيوية. اما بالنسبة للعمليات الاخرى فمسألة الانجراف غير واردة، ولكن في جميع الأحوال يجب استعمال احياء منتخبة ومتطبعة لظروف التعدين على مدى سنوات لغرض الوصول الى عمليات تعدين ناجحة، وعليه فالسمة العامة للأحياء انها يجب ان تكون محبة ومتطبعة للحموضة  وكذلك التراكيز العالية من المعادن والايونات، اضافة الى المواصفات الاخرى من ناحية التغذية وغيرها التي مر ذكرها.

ومن اهم الاحياء المستعملة في التعدين الحيوي :

Acidithiobacillus ferrooxidans

 وتسميتها القديمة Thiobacillus ferrooxidans وتحوي على مجموعتين متباعدة نوعا ما. تعد البكتريا من أفضل الاحياء المستعملة لعمليات التعدين الحيوي. والبكتريا سالبة لصبغة كرام من المجموعة الفسلجية ذات التغذية الكيماوية – الصخرية عصوية الشكل وعادة مفردة ولكن بعض الأحيان توجد على شكل مزدوجات. لا تكون الابواغ، متحركة بواسطة سوط قطبي. تستخدم ثنائي اوكسيد الكاربون مصدرا للكاربون، وتستخدم الأمونيا مصدرا للنتروجين. البكتريا هوائية مجبرة، ويمكن ان تنمو لا هوائيا على عنصر الكبريت او كبريتيدات المعادن باستخدام ايونات الحديديك كمستلم للإلكترونات. ويحوي الجنس على أنواع تعيش في ارقام هيدروجينية تمتد من 3-8 وذلك لان بعض الأنواع المؤكسدة للكبريت يمكن ان ترفع الرقم الهيدروجيني.

 تقوم الخلايا بخفض الرقم الهيدروجيني في بيئات التعدين، ففي البداية تبدأ الاحياء المحبة لحموضة قليلة مثل At. Thioparus وبمرور الوقت ينخفض الرقم الهيدروجيني الى قيم واطئة تشجع المحبة للحموضة بالنمو والنشاط مثل At. Ferrooxidans .

وبكتريا At. Ferrooxidans يمكن ان تتحمل تراكيز عالية من الايونات مثل ايونات الكوبالت لحد 30 غم / لتر وايونات النحاسيك 55 غم / لتر وايونات النيكل 72 غم / لتر والزنك بحدود 120 غم / لتر ومركبات اليورانيوم 12 غم / لتر، وأيونات الحديدوز 160 غم / لتر. وأغلب مقاومتها كروموسومية وتحوي على بعض الجينات المتحركة التي اكتسبتها من بعض السلالات الخاصة، ومنها يوجد على البلازميدات واخرى تكون بمثابة جينات قافزة اكتسبت بالنقل الأفقي وهذه القافزات يمكن ان تقحم نفسها في كروموسوم الخلية او البلازميدات. وتحوي جينات مسئولة عن طرد النحاس والزرنيخ والكادميوم وعدد آخر من المعادن.

وتحوي At. Ferrooxidans على آليات اخرى للمقاومة وليس الطرد فقط ومنها استعمالها للفوسفات المتعددة لمقاومة النحاس، اذ تتحلل الفوسفات المتعددة وتكون معقدات مع المعدن وتصدر الى خارج الخلايا.

وتقاوم الزئبق بجينات mer التي انتقلت إليها، والسلالات الحاوية على هذه الجينات تبدي مقاومة تصل الى 3- 5 مرات مقارنة بالخلايا الخالية من الجين. وتقاوم البكتريا الزئبق باليات اخرى وذلك بجعل الزئبق متطاير Hg⁰ بالاعتماد على ايون الحديدوز كمعط للإلكترونات ويقوم بنقل الالكترونات الى الزئبق السايتوكروم Cyt.C oxidase . كما يمكن لبروتين النحاس الأزرق Rusticyanin المساعدة بمقاومة الزئبق وذلك بقيامه بنقل الالكترونات من الحديدوز. اضافة الى وجود انواع مختلفة من Cyt.C oxidases لمقاومة معادن اخرى. وقد وجد عند تحليل جينوم البكتريا انه يشفر لتسعة انواع من السايتوكرومات C واحد يستعمل عند النمو على الكبريت، و 3 تستعمل عند النمو على الحديد، والباقي يمكن ان تنتج في الحالتين. وزيادة أعداد السايتوكرومات يشير الى سعة المواد التي يمكن للبكتريا استعمالها كمعطيات او مستلمات للالكترونات، ومعظم السايتوكرومات وبروتينات الحديد والكبريت وبروتين النحاس الأزرق توجد في الفسحة المحيطة.

اما الزرنيخ الذي يعد أكثر المواد سمية للأنظمة الحيوية فتقاوم البكتريا 1 غم / لتر ولكن أمكن تطوير المقاومة الى 13 غم / لتر على مدى سنين من التطبع في مزارع مستمرة، ووجد ان جينات مقاومة الزرنيخ هي جينات كروموسومية، وتحوي البكتريا على جين قافز ars من عائلة Tn21  والذي يعتقد انه انتقل افقيا وان مصدره البكتريا Alcaligenes faecalis وذلك لوجود تشابه يصل الى 70 – 95% بينهما، وذلك ممكنا لان عملية التعدين الحيوي وكما ذكر هي عملية مفتوحة ويمكن لأي كائن حي من الميكروبات ان يوجد فيها وهذا الانفتاح يساعد في دخول جينات جديدة أكثر ملائمة.

النوع الثاني التابع للجنس At. Thiooxidans هي حساسة أكثر اذ تتحسس لوجود 5% من الايونات التي تم اختبارها.

البكتريا الحلزونية Lp. Ferrooxidans فهي تشابه At. Ferrooxidans في مقاومتها لأيونات النحاسيك والزنك والنيكل والمنغنيز والمنيوم، ولكنها حساسة لأيونات الكوبالت.

واضافة الى ذلك فان مناطق التعدين تحوي على مجاميع طبيعية اخرى، وتحتاج بعض عمليات التعدين الى حالات خاصة مثل بعض عمليات تعدين النحاس تحتاج الى درجات حرارية واطئة (4 م◦) وهذه يمكن ان تلاؤمها الاحياء التي تعيش في مناطق متجمدة والاخيرة تستطيع تحريك الحديد من خاماته بدرجات حرارية تصل الى الصفر المئوي ولكن العمليات بمعدلات واطئة تصل الى 25 – 30% من الفعاليات التي تتم عند درجة حرارية 21 م◦.

وفي أحيان اخرى تحتاج عمليات التعدين الى درجات حرارية مرتفعة ولذا تستعمل الاركيا Sulfolobus التي تستطيع تحريك المعادن بدرجات حرارة 65 – 85 م، ولكن بصورة عامة تكون الاحياء المحبة للحرارة حساسة للنحاس لذلك تقل أهميتها العملية، وعليه فأغلب عمليات التعدين تجرى بدرجات حرارية معتدلة.

والأحياء الاخرى المشتركة في عمليات التعدين يمكن ان تكون من أحياء متباينة التغذية وفي هذه الحالة تعتمد الخلايا على افرازات الاحياء ذاتية التغذية او الخلايا المتحللة وتستعملها مصادرا للكاربون وبذلك تزيل الكاربون المختزل مما يؤدي الى التخلص من فعله التثبيطي على الاحياء ذاتية التغذية مثل Acidithiobacilli ويزداد نمو الأخيرة وتساعد في تحريك اكبر للمعادن. اضافة الى ذلك فالأحياء متباينة التغذية لها أدواراً مهمة في تحريك المعادن نظراً لإفرازها الحوامض العضوية مثل السترات والكلوكونات والاوكزلات وغيرها.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .