اكتشاف سلالة فطرية تعزز إنتاج الغذاء والدواء والنسيج

تتميز بأعلى تخليق لإنزيم تكسير السليلوز

TT

اكتشاف سلالة فطرية تعزز إنتاج الغذاء والدواء والنسيج

توصل فريق بحثي مصري إلى اكتشاف سلالة فطرية جديدة لها القدرة على إنتاج أعلى معدلات إنزيم السليلوز، المسؤول عن تكسير النفايات السليلوزية، وتوظيفها في إنتاج الغذاء والدواء، بالإضافة إلى صناعة الورق والمنسوجات.
ويوجد السليلوز في كثير من المخلفات الزراعية وينتمي للمواد الكربوهيدراتية، ويتكون من جزيئات الغلوكوز المتصلة مع بعضها، ويختلف عن النشويات التي يتناولها الإنسان، فيما تنتج بعض السلالات الفطرية الإنزيم، المسؤول عن تكسير روابط السيللوز، بما يسمح باستغلال المخلفات الزراعية التي تحتوي على السليلوز بالكثير من الصناعات.
ويرتكز التنافس بين الباحثين بمجال الكائنات الدقيقة، على التوصل إلى سلالات جديدة تنتج الإنزيم بكميات أكبر مع توصيف البيئة الملائمة لتنمية هذه السلالة للحصول على أعلى إنتاج للإنزيم، وهو ما نجح فيه الفريق المصري في المركز القومي للبحوث. وتقول دينا حلمي، الباحثة بقسم كيمياء الكائنات الدقيقة بشعبة الهندسة الوراثية والبيوتكنولوجيا بالمركز، والباحث الرئيسي في الدراسة لـ«الشرق الأوسط»: «تمكنا في هذا الإطار من عزل سلالة فطرية جديدة عرفت جينيا وسجلت في بنك الجينات باسم (Aspergillus sp. DHE 7)، وكانت هذه السلالة هي الأعلى إنتاجا للإنزيم من بين ستين سلالة فطرية أخرى معزولة محليا من التربة المصرية في مناطق مختلفة».
ووصف الفريق البحثي في دراسته المنشورة بدورية العلوم الصيدلانية التطبيقية (Journal of Applied Pharmaceutical Science) الظروف المثلى لإنتاج الإنزيم من السلالة الفطرية الجديدة.
وتشرح الباحثة: «قمنا بتنمية السلالة الفطرية الجديدة على تفل نبات الجوجوبا خلال فترة تحضين 72 ساعة، ووجدنا أن أعلى إنتاجية للإنزيم المسؤول عن تكسير روابط السليلوز تكون عند درجة حرارة 35 درجة مئوية».
وقارن الفريق البحثي إنتاجية الإنزيم تحت هذه الظروف بما تنتجه السلالات الأخرى المعروفة، فوجدوا أن السلالة الجديدة تفوقت من حيث كمية الإنزيم، إضافة إلى ميزة أخرى وهي ثبات الإنزيم حراريا، حيث ظل محتفظا بـ95 في المائة من نشاطه بعد فترة تحضين لمدة 60 دقيقة عند درجة حرارة 60 درجة مئوية.
وأوصى الفريق البحثي باستخدام السلالة الفطرية الجديدة في إنتاج الإنزيم لتوظيفه في أغراض مختلفة منها صناعات الورق، والنسيج، والمواد الغذائية والأدوية.
وتوجد عده تطبيقات لاستخدامات السليلوز في صناعات الدواء، حيث يستخدم مثلا ما يعرف بـ«السليلوز البلوري» كمادة مالئة تربط بين مكونات الدواء، ولا تحدث أي تداخلات غير مرغوب فيها مع المكونات الأخرى به، ويسهل التخلص منها خلال عملية الأيض. ويستخدم في الصناعات الغذائية لنفس الغرض السابق وهو الربط بين المكونات، إضافة إلى استخدامه في تصنيع الأغشية القابلة للأكل مثل التي تستخدم في تعبئة السجق.


مقالات ذات صلة

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

علوم النموذج تم تطويره باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

أنتجت مجموعة من العلماء هيكلاً يشبه إلى حد كبير الجنين البشري، وذلك في المختبر، دون استخدام حيوانات منوية أو بويضات.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم الهياكل الشبيهة بالأجنة البشرية تم إنشاؤها في المختبر باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء يطورون «نماذج أجنة بشرية» في المختبر

قال فريق من الباحثين في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة إنهم ابتكروا أول هياكل صناعية في العالم شبيهة بالأجنة البشرية باستخدام الخلايا الجذعية.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

تمكنت مجموعة من العلماء من جمع وتحليل الحمض النووي البشري من الهواء في غرفة مزدحمة ومن آثار الأقدام على رمال الشواطئ ومياه المحيطات والأنهار.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
علوم صورة لنموذج يمثل إنسان «نياندرتال» معروضاً في «المتحف الوطني لعصور ما قبل التاريخ» بفرنسا (أ.ف.ب)

دراسة: شكل أنف البشر حالياً تأثر بجينات إنسان «نياندرتال»

أظهرت دراسة جديدة أن شكل أنف الإنسان الحديث قد يكون تأثر جزئياً بالجينات الموروثة من إنسان «نياندرتال».

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

توصلت دراسة جديدة إلى نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات على كوكب الأرض مشيرة إلى أن نظرية «تبلور العقيق المعدني» الشهيرة تعتبر تفسيراً بعيد الاحتمال للغاية.

«الشرق الأوسط» (لندن)

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»