استفاده‌ از ‌باکتری‌های ‌درخشان‌ برای‌ تشخیص‌ سریع ‌لکه‌های‌ نفتی‌

نظریه استفاده از حسگرهای زیستی عمری چندین دهه‌ای دارد، اما طی این مدت طولانی، محققان به استفاده از آن با نگاهی کاربردی روی نیاورده اند. علت چیست؟

علل مختلفی در این میان نقش دارند. نبود پیشرفت‌های لازم در سایر عرصه‌های تحقیقاتی و فناوری‌های جانبی و تکمیل کننده از جمله این موارد هستند. با این حال یک نکته مهم را نباید فراموش کرد و آن مساله زمان است. در حقیقت پیدا کردن جنبه کاربردی برای هر فناوری ابداعی نیاز به گذشت زمان دارد و استفاده از حسگرهای زیستی در نقش نشانگرهای مواد شیمیایی نیز از این قاعده مستثنا نیستند.

استفاده از باکتری‌ها به عنوان حسگرهای زیستی در تشخیص وجود مواد شیمیایی و سمی‌در نوع خود حیرت آور است. این فرآیند را به زبان ساده تشریح کنید.

پیش از هر چیز بگذارید بگویم از این که توانسته‌ایم به نوعی فناوری که از سال‌های گذشته صحبت آن همواره مطرح بوده است جنبه کاربردی ببخشیم، بسیار خوشحالیم. در این فرآیندحسگرهای زیستی زنده‌ای نظیر باکتری‌ها با استفاده از تکنیک‌های نوین مهندسی ژنتیکی، تولید می‌شوند تا در قالب مکانیسمی‌ساده با نورافشانی‌های خاص خود وجود مواد شیمیایی و از جمله لکه‌های نفتی را نشان دهند. در حقیقت این حسگرها در پاسخ به وجود مواد شیمیایی می‌درخشند.

آیا باکتری‌هایی که شما مورد استفاده قرار می‌دهید، نسبت به مواد شیمیایی مختلف واکنش رنگی یکسانی دارند؟

خیر. ما برای تولید این حسگرها آماده‌سازی‌های خاصی داشته‌ایم. در این آماده‌‌سازی‌ها تیم تحقیقاتی من سه نوع زنجیره باکتریایی متفاوت از هم تولید کردند که هر یک می‌توانند نوع خاصی از مواد شیمیایی را شناسایی کنند. این مواد شیمیایی اغلب از لکه‌های نفتی به داخل منابع آبی از جمله آب‌های آزاد نشت پیدا می‌کنند و در نهایت به شکل‌گیری خطرات زیست محیطی منجر می‌شوند. ما در این پروژه باکتری‌های مورد نظر را به گونه‌ای مهندسی کردیم که هنگام نزدیک شدن به مواد شیمیایی خاص از جمله لکه‌های نفتی، آنزیم‌های خاصی را منتشر می‌کنند. در ادامه این فرآیند، پروتئین ویژه‌ای به ساختار سلولی باکتری وارد می‌شود تا نقش اصلی را در انتشار رنگ ایفا کند. نتیجه این فرآیند، خلق سوئیچ نوری است که تنها در صورت وجود مواد شیمیایی از جمله لکه‌های نفتی، شاهد درخشش باکتری به عنوان حسگر زیستی خواهیم بود.

مزایای استفاده از این فناوری نوین در چیست؟

در حال حاضر از مواد شیمیایی و برخی سیستم‌های پیچیده و پر‌هزینه‌ای استفاده می‌شود که ضمن زمان بر بودن در پاره‌ای از موارد نتایج نه چندان قابل اطمینانی ارائه می‌کنند. اما با استفاده از این باکتری‌ها ضمن آن‌که تشخیص مواد شیمیایی و از جمله لکه‌های نفتی تنها در مدت زمان بسیار کوتاهی صورت می‌گیرد، هزینه بسیار کمی‌ نیز پرداخته می‌شود. توجه کنید که در شیوه‌های سنتی و فعلی، تشخیص وجود لکه‌های نفتی و مواد شیمیایی ممکن است تا هفته‌ها به طول انجامد و این درحالی است که به هنگام نشت مواد شیمیایی و از جمله لکه‌های نفتی در مناطق آبی، هر ساعت ارزش یک سال را دارد. نکته مهم دیگر این است که این باکتری‌ها بنیان طبیعی دارند؛ پس جای هیچ‌گونه نگرانی درخصوص وارد آوردن خطرات زیست محیطی وجود ندارد. آنها حتی می‌توانند در محیط‌های بسیار سخت دریایی و آبی نیز به حیات خود ادامه دهند.

شما برای مواد شیمیایی مختلف از این حسگرها استفاده می‌کنید. رنگ‌های مختلف در این باکتری‌ها چگونه پدیدار می‌شوند؟

ما برای این کار از پروتئین‌های مختلفی استفاده کرده‌ایم. در حقیقت برای هر کلاس متفاوت از مواد شیمیایی و بویژه مواد خطرناک موجود در لکه‌های نفتی از پروتئین رنگی مجزایی استفاده کردیم تا بتوانیم وجود مواد شیمیایی مختلف را براحتی و در سریع‌ترین زمان ممکن تشخیص دهیم. در این فرآیند مبنای تشخیص را بر طول موجی قرار داد‌ه‌ایم که به نور ساطع شده اختصاص دارد.

برنامه شما برای توسعه این فناوری نوین چیست؟

این فناوری کاربردی در کنار ارزان قیمت بودن می‌تواند به عنوان شاخصی همیشگی در بررسی‌های برنامه‌ریزی شده به کار گرفته شود. در حقیقت می‌توان از این باکتری‌های مهندسی شده در بازه‌های زمانی مشخص و در آب‌های مختلف جهان استفاده کرد تا پیش از گسترش فجایع دردناک زیست محیطی، آن را متوقف نمود. نبض این فناوری نوین در قلب سلولی آن می‌تپد و از آنجا که باکتری‌ها به صورت خودکار تکثیر می‌شوند، می‌توان از آن برای مدت طولانی و بدون هیچ محدودیتی استفاده کرد. نکته قابل توجه این است که ردیابی لکه‌های نفتی در مراحل اولیه اقدامی‌حیاتی است که می‌تواند به نجات یک اکوسیستم دریایی عظیم منتهی شود. از آن گذشته در برخی موارد، لکه‌های نفتی تا زمان قابل توجهی از آغاز توسعه منطقه‌ای قابل روِیت نیستند. بنابراین استفاده از این فناوری نوین، کاملا حیاتی است. من می‌توانم به جرا‡ت بگویم استفاده از این باکتری‌های مهندسی شده می‌توانند به نجات دریاها و اقیانوس‌ها از خطرات مربوط به لکه‌های نفتی کمک کنند.

با توجه به موفقیت به دست آمده در این بخش از پروژه آیا در نظر دارید از آن برای تشخیص سایر مواد خطرناک در موادی متفاوت استفاده کنید؟

این ایده‌ای است که از چندی پیش به آن پرداخته‌ایم. بتازگی تلاش‌های ما به ثمر نشسته و توانسته‌ایم ثابت کنیم می‌توان برای تشخیص ماده خطرناک و مرگبار آرسنیک در برنج از باکتری‌های مهندسی شده در قالب حسگرهای زیستی استفاده کرد. البته مکانیسم نهفته در این مورد کمی‌ با آنچه درخصوص لکه‌های نفتی به کار گرفته شده، متفاوت است؛ اما نتیجه می‌تواند امیدوار کننده باشد. من معتقدم کاری که ما شروع کرده‌ایم، می‌تواند آغازی بر تلاش‌های جهانی برای نجات محیط زیست زمین با استفاده از فناوری‌های مدرن و به روز باشد. 

نگاهی‌ گذرا به استفاده از  دانش نوین باکتری‌های درخشان‌

طراحی و تولید باکتری‌های درخشان مفهوم چندان نوینی در دنیای فناوری‌های برتر به حساب نمی‌آید. بیش از 3 دهه است که دانشمندانی از دانشگاهای آکسفورد، MIT، هاروارد و چند دانشگاه برتر فعالیت‌هایی را در این زمینه و با هدف کمک به توسعه دانش پزشکی آغاز کرده‌اند. 

طی سال‌های اخیر استفاده از این باکتری‌ها به عنوان نشانگرهای قابل اطمینان پزشکی کمک زیادی را به دانشمندان کرده است. از آن گذشته طرح ایده‌ای استثنایی همچون استفاده از آنها در تشخیص تومورهای سرطانی یکی از بارزترین استراتژی‌هایی بوده است که دانشمندان در توسعه آنها به کار گرفته‌اند. 

   مهدی پیرگزی‌