ابتكر الباحثون جهاز استشعار سريعًا للكشف عن إنفلونزا الطيور الجوية، مُساعدًا في مواجهة تفشي هذه الأمراض الخطيرة.
مع انتشار فيروس إنفلونزا الطيور H5N1 المُعدي للغاية في الولايات المتحدة، يواجه المزارعون وخبراء الصحة العامة تحديًا كبيرًا في الرصد الفوري للعدوى. هذا المستشعر الجديد يُعدّ أملًا كبيرًا في سرعة التعامل مع هذه التحديات.
نشر البحث في مجلة ACS Sensors، ويوفر طريقة مبتكرة لرصد جزيئات H5N1 في الهواء.
سرعة الكشف: المفتاح
قام فريق البحث، بقيادة الدكتور راجان تشاكرابورتي من جامعة واشنطن في سانت لويس، بتطوير مستشعر حيوي كهروكيميائي ذكي. هذا المستشعر يُعدّ ثورة في سرعة اكتشاف الفيروسات والبكتيريا، مقارنةً بالطرق التقليدية الأبطأ بكثير.
يُعدّ هذا الاكتشاف بالغ الأهمية، خاصةً مع تحول فيروس H5N1 لتصبح العدوى عبر الهواء أكثر شيوعًا، مما يُهدّد الثدييات، بما في ذلك البشر. فقد أثبتت الدراسات أن الفيروس مميت للقطط، وحدثت حالات وفاة بشرية بسبب هذا الفيروس. 😱
“يُعدّ هذا المستشعر الحيوي الأول من نوعه في هذا المجال”، يقول الدكتور تشاكرابورتي، مشيرًا إلى أن الطرق السابقة كانت تُعتمد على أدوات أبطأ بكثير، مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل للـ DNA.
وتستغرق الطرق التقليدية لأكثر من 10 ساعات، وهو وقت طويل جدًا في حال تفشي المرض. بينما يُكشف عن الفيروس في المستشعر الجديد خلال 5 دقائق فقط! ⏱️ هذا ما يُمكّن من اتخاذ إجراءات سريعة وفعّالة. 😎
تُعدّ سرعة الكشف هذه أمراً بالغ الأهمية في مواجهة تفشي الفيروسات، حيث كان انتشار فيروس H5N1 سابقًا يقتصر على الاتصال المباشر بالطيور المصابة، ولكن تطور الفيروس عبر تحور. 🧬
تُشير خدمة تفتيش صحة الحيوان والنبات التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية (APHIS) إلى تسجيل أكثر من 35 حالة إصابة جديدة بالماشية الألبانية بفيروس H5N1 خلال 30 يومًا، خاصة في ولاية كاليفورنيا. 🐄 وهذا يبرز مدى انتشار الفيروس وخطورته.
يقول الدكتور تشاكرابورتي: “الوضع هذه المرة مختلف تمامًا”.
يُمكن للمزارعين، في حال اشتباههم بوجود المرض، إرسال الحيوانات إلى مختبرات إدارة الزراعة الحكومية للفحص، لكنّ هذه العملية بطيئة جدًا. 🔬 قد تؤدي تراكم الحالات إلى تفاقم الوضع في مزارع الدواجن والألبان. 😥
تشمل الإجراءات الوقائية حجر الحيوانات، وتعقيم المنشآت والمعدات، والتحكم الوقائي لتقليل تعرض الحيوانات، بما في ذلك الذبح الجماعي. 🐄 وقد أصدرت وزارة الزراعة الأمريكية مؤخرًا ترخيصًا لتطعيم الأنفلونزا الطيرية، مما قد يخفف من وطأة المرض على مزارع الدواجن.
يسعى الدكتور تشاكرابورتي لجعل هذا المستشعر الحيوي متاحًا ورخيصًا، بحيث يمكن إنتاجه بكثرة. 🚀
كيف يعمل مستشعر إنفلونزا الطيور؟
يُمثّل جهاز أخذ عينات وكشف مسببات الأمراض حجم طابعة سطح المكتب تقريبًا، مُصمّم لوضع في مواقع تهوية المزارع. يتكون من مُجَنِّد حيوي هوائي دائم الرطوبة. 💧 تم تطوير هذا المُجَنِّد أصلاً لأخذ عينات من هباء جزيئات فيروس كورونا.
يدخل الهواء المُحمّل بالمُمرضات إلى المُجَنِّد بسرعات عالية، ويتم خلطه بسائل يبطن جدران المُجَنِّد لإنشاء دوامة سطحية، وتحبس جزيئات الفيروسات الهوائية. 🌀 يُرسل نظام ضخ آلي السائل المُأخوذ منه عينة كل 5 دقائق إلى جهاز الاستشعار الحيوي للكشف.
عمل فريق البحث، بقيادة العالم الكيميائي مينغ وو وطالب الدراسات العليا جوشين كومار، على تحسين سطح جهاز الاستشعار الكهروكيميائي، لزيادة حساسيته لاستشعار كميات قليلة جداً من الفيروس (أقل من 100 نسخة من الرنا الفيروسي لكل متر مكعب من الهواء). 🔬
يستخدم المستشعر “أقطابًا مُمسكة” (أبتامرات) – خيوطًا من الحمض النووي مُرتبطة ببروتينات الفيروس. نجح الفريق في جعل هذه الأبتامرات تعمل مع سطح الكربون العاري بقطر 2 مم. 🤔
بعد تجارب مكثفة، تمكنوا من تعديل سطح الكربون باستخدام مزيج من أكسيد الجرافين ونانوجسيمات البروسيا الزرقاء لرفع حساسية واستقرار المستشعر. 💪 و نجح الفريق في توصيل سطح الأقطاب المعدل بالأبتامر، بإستخدام المُربط الجسري الجلوتارالدهيد، وهو ما يُعتبر السرّ وراء الكشف الدقيق عن H5N1. 🧪
من مميزات تقنية الكشف أنها غير مُدمّرة. بعد الكشف، يمكن حفظ العينة للتحليل باستخدام تقنيات تقليدية مثل PCR. 🧫
وحدة أخذ عينات مسببات الأمراض تعمل تلقائيًا، ولا تحتاج خبرة كيميائية حيوية. و موادها قابلة للإنتاج الضخم. 🏭 يُمكن للمستشعر تحديد نطاقات تركيز فيروس H5N1 في الهواء، وإبلاغ المُشغلين بارتفاعات الأمراض في الوقت الحقيقي. 📈 ويمكن استخدام هذه المعلومات كدليل على “التهديد” في المنشأة. 👌
يُعدّ القدرة على تقديم نطاق من تركيز الفيروسات إنجازًا كبيرًا. ويمكن أن يُوسّع نطاق عملها لتحديد العديد من الممرضات الخطرة الأخرى في جهاز واحد. 🎯
“هذا المستشعر الحيوي مُخصص لفيروس H5N1، لكن يمكن تكييفه للكشف عن سلالات أخرى من فيروس الإنفلونزا (مثل H1N1) و SARS-CoV-2، بالإضافة إلى البكتيريا (E. coli والبكتريا الزائفة) في طور الهواء المُعَلّق”، يقول الدكتور تشاكرابورتي. “لقد أظهرنا قدرات مستشعرنا الحيوي، ونشرنا النتائج في البحث”.
يسعى الفريق لتسويق المستشعر تجاريًا، وقد تعاونوا مع شركة فارو لايف ساينسيز. 📈
تم تمويل هذا البحث من قبل مختبر الإنفلونزا.
المصدر: جامعة واشنطن في سانت لويس
تمت الاستعانة بمعلومات من المصدر