الدارات البكتيرية

الدارات البكتيرية

مقدمة

تمكن الباحثون من تصميم أداة قادرة على التحسس لأي شيء تقريبا وذلك عن طريق تفاعل البكتريا مع رقائق سيليكونية ؛ وكطائر الكناري؛ تستطيع الميكروبات إدراك الأخطار البيئية قبل حتى يستطيع الإنسان ذلك. من السهل رؤية رد عمل الكناري ، لكن كيف من الممكن أن يمكن لك حتى تصف ما إحساس الميكروب؟! وكيف تستطيع حتى تقنع الميكروب بالتواصل معك؟؟ هناك طريقة واحدة لذلك ... بتفاعل الميكروب مع رقاقة السيليكون!

حيث استطاع الميكروبولوجي "غاري سايلر" وزملاؤه من جامعة تينيسي من تطوير أداة تستخدم الرقائق لجمع الإشارات من مبدل بكتيريا خاص، قام الباحثون باستخدام هذه الأدوات المعروفة باسم ( Bioluminescent Bioreporter Integrated Circuits) أوالدارات المتكاملة المصدرة للضوء حيويا واختصارا تدعى بـ "BBIC" لتتقفى أثر التلوث على الأرض، ومؤخرا، وبدعم من مخط ناسا للأبحاث الفيزيائية والبيولوجية، قام الباحثون بتصميم نسخة معدلة من هذه الرقاقة خاصة بالسفن الفضائية.

مستعمرة متوهجة من الميكروبات

فريق العمل

قام فريق “سايلر” المتكون من مجموعة من الباحثين في جامعة تينسي، وهم: ستيف ريب، سيد إسلام وبين بلالوك. وكذلك المتعاونين في JPL (مجموعة “سايلر” ) ومركز كينيدي الفضائي. بهندسة الميكروبات حيويا بحيث تشع باللون الأزرق المخضر لدى وجود مواد ملوثة ، بعدها قاموا بضم هذه الميكروبات أوالبكتيريا إلى رقاقة خاصة مصممة لقياس الضوء تدعى Microlumino meters أومقياس التألق الميكروبي .

ما الذي تقوم به الـ "BBIC" ؟؟

يرى "سايلر" أنها طريقة قليلة الكلفة ومنخفضة في استهلاك الطاقة للكشف عن الملوثات وهي أدوات بالغة الصغر ..حيث حتى جميع دراة متكاملة من نوع "BBIC" ذات أبعاد 2*2 ميلي متر تقريبا. وحجم الأداة كاملة مع مصدر الطاقة الخاص بها بحجم علبة الثقاب تقريبا. وبحيث يقوم الفريق بمراقبة بيئة الميكروبات باستمرار...

تهتم وكالة الفضاء الأمريكية "NASA" بالكشف عن التلوث، لأن سفن الفضاء محكمة الإغلاق ولا مجال لتهويتها. وبذلك تتراكم الغازات المتصاعدة من التجارب الفهمية والسموم الناتجة عن العفونة، ما قد يشكل خطرا على حياة الرواد.

إن الدارات البكتيرية BBIC”s يمكن ان تصنع بحيث تكون قادرة على التحسس لأي نوع من أنواع الملوثات، مثل: الأمونيا، الكادميوم، الكروم، الكوبالت، النحاس، البروتينات، الزئبق، الأمواج فوق الصوتية،الأشعة فوق البنفسجية، الزنك أوالخارصين والكثير غيرها !!

إن هذه الدارات متينة بشكل مذهل. حيث الميكروبات تنموبقوة في الكثير من البيئات ، ولذلك فإنه بالإمكان تصميم دارات قادرة على مجاراة جميع الظروف المتنوعة.

يقول غاري “سايلر”:" يمكن لهذه الدارات حتى تزيل التلوث من أي شيء حتى لوكان خزان وقود طائرة نفاثة !".

يمكن للميكروبات حتى تحمي نفسها من السموم، إلا أنها بحاجة إلى الكثير من مقومات الحياة كالغذاء ( مازالت كائنا حيا ) يقول “سايلر” : " إذا تأمين احتاجاتها اللازمة للحياة جزء أساسي من عملنا ! ".

إلا أنها ليست المشكلة الوحيدة، حيث حتى الميكروبات المكونة للدارات يجب حتى تكون ثابتة ضمن أبعاد الدارة. يقول سايلر: " يكمن التحدي الأكبر في منع الميكروبات من الحركة، بكيفية تسمح لها بالحياة لأطول فترة ممكنة ".

يجري الباحثون اختباراتهم على مجموعة من المواد القادرة على حصر الميكروبات ضمن نطاق الدارة وأن تكون المادة المستخدمة شفافة للضوء; ما يسمح للميكروبات حتى تضيئ. ومسامية ; حتى تسمح للتلوث بالوصول إلى الميكروبات. وقادرة على حفظ الغذاء لها.

ويضيف “سايلر” ..

" نسعى بشكل أساسي لتوفير الغذاء للعضيات الممنوعة من الحركة دون حتى نهجر لها مجالا للتكاثر . لا نرغب حتى تنموكثيرا ، والأفضل ألا تنموأبدا ! لأنها إذا نمت ستغير من كمية الخلايا في النظام ، وستغير من كمية الضوء المشع وفقا لكمية الملوثات "

الدارة المتكاملة “BBIC”s بالحجم العملي 2مم *2مم

يقول سايلر :

"هناك حاجة لحوالي بضعة ألاف ميكروب لكل رقاقة لتوليد ضوء كاف وهي ليست كثيرة العدد كما يظهر ، فهي كافية فقط لتغطية رأس دبوس"

يأمل “سايلر” في تطوير هُلام يُبقي المكروبات محافظة على وظائفها عدة أشهر، تربط الحساسات بجدران السفينة الفضائية ويتم مراقبة جوالسفينة بشكل مستمر. للتأكد من حتى المكروبات لا تزال فعالة.

"نحن نقوم درس الخلايا بشكل كهربائي لتشكيل الضوء ،لذلك يمكننا إعطاء نبضات للنظام لرؤية فيما إذا كانت العضيات لا تزال نشيطة وظائفياً."

بعد ستة أشهر سيتم إرسال إشارة تقول "انتبه ، حان وقت استبدال حساس الجراثيم!!!". سيحضر عندها رائد الفضاء بذور الجراثيم المجففة والمجمدة، ويضيف لها القليل من المرطب ويثبتها في الحساس."

البنية الأساسية لدارة “BBIC”

"لايتم عمل أي شئ بعد ذلك حتى يتم إرسال إشارة بانتهاء فعالية البكتيريا وذلك بعد ستة أشهر أخرى " .

إن الدارات المتكاملة البكتيرية "BBICs" مفيدة ولها استخدامات على الأرض أيضاً حيث يمكن لهذه الدارات اكتشاف الفورمالديهايد(غاز عديم اللون ) المشع بواسطة الأثاث الخشبي المضغوط أواكتشاف العفونة حتى المتضمنة منها في الأبنية الفقيرة.

يقول “سايلر” :

"إذا عمل هذا الجهاز كما هومُخطط له ، فيمكنه حتى يظهر كنظام مراقبة رخيص جداً عندها تقدر شراءه من الصيدلية وتثبيته على جدار غرفتك، وسيخبرك فيما إذا تمت إزالة آثار الغاز السام من البساط أوفيما إذا كنت تملك مشاكل كالعفن الأسود ."

"BBICs " المطوّرة يمكنها حتى تقوم باكتشاف أي عملية ارهابية بيولوجية ، مثلما هي وسيلة لاكتشاف ضرر إشعاع الـDNA على روّاد الفضاء ،أوكأداة تشخيصية للأطباء.

مثلا : يتصوّر “سايلر” حتى هذه الدارات مفيدة لبرنامج معالجة سقمى السكري.

تكون الـ "BBIC" قابلة للغرس ومجهزَة برقاقة كمحطة إرسال يمكنها مراقبة مستويات جلوكوز الدم وتتصل مع نظام بعيد لتسليم الأنسولين .

مثل هذه الأدوات يمكنها حتى تمسح سوائل الجسم بحثا عن بروتين معيّن لأورام بارزة وبحدثات أخرى كنظام مبكر للكشف عن السرطان .