يمكن أن تؤثر الضغوط الكيميائية والفيزيائية التي تواجهها البكتيريا أثناء معالجة مياه الصرف الصحي على نقل الجينات بينها. لكن الباحثين في جامعة العلوم والتكنولوجيا في قرطاجنة وجدوا أنه في حين أن مجموعات معينة من الضغوطات تزيد بشكل كبير من معدل نقل الجينات، فإن مجموعات أخرى تقلل منه. يمكن أن تفيد هذه النتيجة في تصميم أفضل الممارسات وإدارة معالجة مياه الصرف الصحي وإعادة استخدامها.
وجد باحثون في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية أن مجموعة من الضغوطات في معالجة مياه الصرف الصحي تؤثر على معدلات نقل الجينات البكتيرية. وأظهرت نتائجهم أن أغشية الترشيح الدقيق كانت أكثر فعالية من الترشيح الرملي في تقليل تركيزات البكتيريا والحمض النووي الإلكتروني، وبالتالي تقليل نقل الجينات. مصدر الصورة: 2023KAUST؛ هينو هوانج
على الصعيد العالمي، تعتبر العديد من المناطق مياه الصرف الصحي المعالجة مصدرًا محتملاً للمياه العذبة. وقالت بثينة القشقري، طالبة الدكتوراه في مجموعة هونغ بيينغ التي قادت البحث: "كجزء من رؤية السعودية 2030، هناك حاجة إلى زيادة معدلات إعادة استخدام المياه ومعالجتها". "إن تعزيز التخلص الآمن وإعادة الاستخدام أمر حيوي."
يمكن للبكتيريا أن تمتص بشكل طبيعي الحمض النووي خارج الخلية (eDNA) من البيئة المحيطة بها وتدمج الجينات الوظيفية في الجينوم الخاص بها. قد تحتوي مياه الصرف الصحي المعالجة على تركيزات عالية نسبيًا من البكتيريا والـ eDNA. كما أنه يعرض البكتيريا لضغوطات معروفة بتعزيز امتصاص eDNA وتكامله، بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية ومنتجات التطهير الكيميائية الثانوية والأدوية.
وقال القشقري: "سلطت العديد من الدراسات الضوء على التأثير المحتمل للضغوطات الفردية على نقل الجينات البكتيرية الأفقية في مياه الصرف الصحي المكلورة". "ولكن في بيئات الصرف الصحي الحقيقية، توجد ضغوطات متعددة في وقت واحد. وكان هدفنا هو فهم التأثير المشترك لهذه العوامل."
توفر معالجة مياه الصرف الصحي لإعادة استخدامها بشكل آمن موارد قيمة للمياه العذبة. مصدر الصورة: 2023KAUST؛ هينو هوانج
افترض الباحثون أن الضغوطات المتعددة سيكون لها تأثيرات إضافية على معدلات نقل الجينات. لكن من المدهش أن الوضع أكثر تعقيدًا. اعتمادًا على طريقة عملها، تعمل بعض التوليفات بشكل تآزري على زيادة معدلات نقل الجينات بشكل كبير، وبعضها يكون له تأثير محايد، والبعض الآخر يقلل من معدلات نقل الجينات.
وقال القشقري: "على سبيل المثال، عندما يتم الجمع بين عامل الضغط الذي يزيد من نفاذية جدار الخلية البكتيرية (مثل عقار كاربامازيبين) بالتسلسل مع عامل الضغط الذي يسبب تلف الحمض النووي (مثل التعرض لأشعة الشمس)، يمكن أن يكون للضغطين تأثير تآزري". "وجدنا أيضًا أنه إذا تفاعل عامل الضغط (مثل الكلوروفورم) مباشرة مع الحمض النووي eDNA بطريقة ضارة، فإنه يمنع دمج الحمض النووي في الجينوم البكتيري، مما يخلق تأثيرًا عدائيًا."
هذا التعقيد يجعل من الصعب التنبؤ بالآثار المجمعة للضغوطات المتعددة، مما يعقد القدرة على تقييم ما إذا كانت هناك عواقب غير مقصودة في بيئة إعادة الاستخدام النهائية. ومع ذلك، فإن نتائج الدراسة لها استنتاجات واضحة لمعالجة مياه الصرف الصحي.
ينبغي أن يكون الهدف الرئيسي في عمليات معالجة مياه الصرف الصحي هو الحفاظ على تركيزات منخفضة من البكتيريا وeDNA في مياه الصرف الصحي، وبالتالي تقليل نقل الجينات.
وقال هونغ: "نعتقد أن مرافق معالجة مياه الصرف الصحي يجب أن تكون مجهزة بأغشية الترشيح الدقيق بدلاً من الترشيح الرملي لأن أغشية الترشيح الدقيق يمكنها إزالة البكتيريا والحمض النووي خارج الخلية إلى مستويات تضر بالتحول الطبيعي". "إن تركيب وتشغيل أغشية الترشيح الدقيق أكثر تكلفة من الترشيح الرملي، ولكننا نحث المرافق على اتخاذ هذا الاحتياط."