بولي هيدروكسي بوتيرات

البولي هيدروكسي بوتيرات ( PHB ) هو بولي هيدروكسي ألكانوات (PHA)، وهو بوليمر ينتمي إلى فئة البوليسترات التي تحظى باهتمام كبير باعتبارها بلاستيكًا حيويًا قابلًا للتحلل . ^{[ 1 ]} يُعد بولي-3-هيدروكسي بوتيرات (P3HB) من PHB على الأرجح النوع الأكثر شيوعًا من البولي هيدروكسي ألكانوات، ولكن يتم إنتاج بوليمرات أخرى من هذه الفئة بواسطة مجموعة متنوعة من الكائنات الحية: وتشمل هذه البولي-4-هيدروكسي بوتيرات (P4HB)، وبولي هيدروكسي فاليرات (PHV)، وبولي هيدروكسي هيكسانوات (PHH)، وبولي هيدروكسي أوكتانوات (PHO)، وبوليمراتها المشتركة .

يُنتَج البولي هيدروكسي بوتيرات (PHB) بواسطة الكائنات الدقيقة (مثل Cupriavidus necator و Methylobacterium rhodesianum و Bacillus megaterium ) على ما يبدو استجابةً لظروف الإجهاد الفسيولوجي؛ ^{[ 2 ]} وخاصةً الظروف التي تكون فيها المغذيات محدودة. يُعد هذا البوليمر في الأساس نتاجًا لاستيعاب الكربون (من الجلوكوز أو النشا )، وتستخدمه الكائنات الدقيقة كشكل من أشكال جزيئات تخزين الطاقة التي يتم استقلابها عندما لا تتوفر مصادر الطاقة الشائعة الأخرى.

تبدأ عملية التخليق الحيوي الميكروبي لـ PHB بتكثيف جزيئين من أسيتيل-CoA لإنتاج أسيتوأسيتيل-CoA، والذي يُختزل لاحقًا إلى هيدروكسي بوتيريل-CoA. يُستخدم هذا المركب الأخير كمونومر لبلمرة PHB. ^{[ 3 ]} ثم تُستخلص حبيبات PHAs عن طريق تكسير الخلايا. ^{[ 4 ]}

معظم أنواع البلاستيك التجارية عبارة عن بوليمرات اصطناعية مشتقة من البتروكيماويات ، وهي تميل إلى مقاومة التحلل البيولوجي . أما البلاستيك المشتق من بولي هيدروكسي بوتيرات (PHB) فهو جذاب لأنه قابل للتحلل الحيوي، ومشتق من مصادر متجددة.

طوّرت شركة ICI المادة حتى مرحلة الإنتاج التجريبي في ثمانينيات القرن الماضي، لكن الاهتمام بها تراجع عندما اتضح أن تكلفتها باهظة، وأن خصائصها لا تضاهي خصائص البولي بروبيلين . صُنعت بعض الزجاجات لمجموعة شامبو "سانارا" من ويلا؛ ويوجد مثال يحمل الاسم التجاري "بيوبول" ضمن مجموعة متحف العلوم في لندن.

في عام 1996، اشترت شركة مونسانتو (التي كانت تبيع بولي هيدروكسي بوتيرات (PHB) كبوليمر مشترك مع بولي فينيل فينيل) جميع براءات اختراع تصنيع البوليمر من شركة آي سي آي/زينيكا، بما في ذلك العلامة التجارية "بيوبول". ^{[ 5 ]} ومع ذلك، بيعت حقوق مونسانتو في بيوبول إلى شركة ميتابوليكس الأمريكية في عام 2001، وأُغلقت مخمرات مونسانتو التي تنتج بولي هيدروكسي بوتيرات من البكتيريا في بداية عام 2004.

أُبلغ لأول مرة عن إنتاج PHB في النباتات المعدلة وراثيًا عام 1992، في نبات الرشاد (Arabidopsis ). وشمل ذلك إدخال جينات لإنزيمين من بكتيريا Alcaligenes eutrophus، بحيث يتم إنتاج الإنزيمات باستمرار لتخليق PHB من أسيتوأسيتيل-CoA . ^{[ 6 ]} كما طُوّرت أنظمة لإنتاج PHB بواسطة خلايا نباتية في مزارع خلوية. ^{[ 7 ]} كانت شركة مونسانتو مهتمة بإنتاج PHB من النباتات بدلًا من البكتيريا. ولكن مع تركيز وسائل الإعلام على المحاصيل المعدلة وراثيًا، لم ترد أخبار تُذكر عن خطط مونسانتو المتعلقة بـ PHB بعد عام 2005. ^{[ 8 ]}

يُستخدم بيوبول حاليًا في المجال الطبي للخياطة الداخلية . وهو غير سام وقابل للتحلل الحيوي، لذا لا يلزم إزالته بعد التعافي. ^{[ 9 ]}

تيفافليكس هو بولي-4-هيدروكسي بوتيرات مشتق من البكتيريا، يتم تصنيعه باستخدام عملية تخمير معاد تركيبها بواسطة شركة تيفها للأجهزة الطبية، وهو مخصص لمجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية التي تتطلب مواد قابلة للتحلل الحيوي مثل الخيوط الجراحية القابلة للامتصاص . تم تسويقه لأول مرة في عام 2008. ^{[ 10 ] [ 11 ]} في عام 2021، استحوذت شركة بي دي ، وهي شركة عالمية متخصصة في التكنولوجيا الطبية، على الشركة الأم تيفها. ^{[ 12 ]}

• مادة PHB غير قابلة للذوبان في الماء ومقاومة نسبياً للتحلل المائي. وهذا ما يميزها عن معظم أنواع البلاستيك القابلة للتحلل الحيوي المتوفرة حالياً ، والتي إما أن تكون قابلة للذوبان في الماء أو حساسة للرطوبة.
• نفاذية جيدة للأكسجين.
• مقاومة جيدة للأشعة فوق البنفسجية ولكن مقاومة ضعيفة للأحماض والقواعد.
• يذوب في الكلوروفورم والهيدروكربونات المكلورة الأخرى. ^{[ 13 ]}
• متوافق حيوياً، وبالتالي فهو مناسب للتطبيقات الطبية.
• نقطة الانصهار 175  درجة مئوية، ودرجة حرارة التحول الزجاجي 2  درجة مئوية.
• قوة الشد 40 ميجا باسكال ، وهي قريبة من قوة البولي بروبيلين.
• يغوص في الماء (بينما يطفو البولي بروبيلين)، مما يسهل تحلله البيولوجي اللاهوائي في الرواسب.
• غير سام.
• يصبح أقل لزوجة عند ذوبانه.

تم عزل وتوصيف بولي هيدروكسي بوتيرات لأول مرة في عام 1925 من قبل عالم الأحياء الدقيقة الفرنسي موريس ليموين . ^{[ 14 ]}

تستطيع البكتيريا من فصيلة Firmicutes و Proteobacteria تحليل PHB. كما تستطيع أنواع من بكتيريا Bacillus و Pseudomonas و Streptomyces تحليل PHB. وتُعدّ Pseudomonas lemoigne و Comamonas sp. و Acidovorax faecalis و Aspergillus fumigatus و Variovorax paradoxus من الكائنات الدقيقة الموجودة في التربة والقادرة على التحليل. أما Alcaligenes faecalis و Pseudomonas و Illyobacter delafieldi ، فتُستخلص من الحمأة اللاهوائية. بينما تُستخلص Comamonas testosteroni و Pseudomonas stutzeri من مياه البحر. ولا يستطيع سوى عدد قليل من هذه الكائنات التحليل في درجات حرارة عالية، باستثناء Streptomyces sp. المحبة للحرارة وسلالة من Aspergillus sp. المحبة للحرارة ^{[ 15 ] .}

• ملخص الجائزة المقدمة لـ PHAs