تطوير جهاز كهربائي يمكنه اكتشاف وتصنيف المتغيرات الجديدة لفيروس كورونا
طور باحثون في جامعة كورنيل جهازا كهربائيُا حيويًا يمكنه اكتشاف وتصنيف المتغيرات الجديدة لفيروس كورونا، وربما فيروسات أخرى، مثل الحصبة والإنفلونزا، لتحديد تلك الأكثر ضررا.
تستخدم أداة الاستشعار غشاء الخلية، المعروف أيضًا باسم الغشاء الحيوي، على شريحة دقيقة تعمل على إعادة إنشاء البيئة الخلوية للعدوى والخطوات البيولوجية للعدوى، وهذا يمكّن الباحثين من التوصيف السريع للمتغيرات المثيرة للقلق وتحليل الآليات التي تؤدي إلى انتشار المرض، دون التورط في تعقيد الأنظمة الحية، وفق ما نشره موقع ميديكال إكسبريس.
نُشرت ورقة الفريق البحثية، بعنوان "إعادة إنشاء الخطوات البيولوجية للعدوى الفيروسية على منصة إلكترونية حيوية خالية من الخلايا لتحديد المتغيرات الفيروسية المثيرة للقلق"، في مجلة Nature Communications.
المؤلفون الرئيسيون المشاركون هم باحثو ما بعد الدكتوراه تشونغمو تشاو وإيكاترينا سيليفانوفيتش.
قالت سوزان دانيال، أستاذة فريد إتش رودس في كلية روبرت فريدريك سميث للهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية في هندسة كورنيل، والمؤلفة الرئيسية للورقة البحثية: "في الأخبار، نرى هذه المتغيرات المثيرة للقلق تظهر بشكل دوري، مثل دلتا وأوميكرون وما إلى ذلك، وهذا يخيف الجميع نوعًا ما".
قامت مجموعة دانيال بتطوير المنصة مع فريق من جامعة كامبريدج بقيادة البروفيسور روزين أوينز. تعاون دانييل وأوينز لأول مرة منذ ما يقرب من عقد من الزمن في محاولة لوضع رقع غشائية حيوية على الأجهزة الإلكترونية كوسيلة لإجراء قياسات السموم، وهو ما يمثل مقدمة للمنصة الجديدة.
في حين تم وضع الكثير من العناصر البيولوجية على الرقائق الدقيقة، من الخلايا إلى العضيات والهياكل الشبيهة بالأعضاء، فإن المنصة الجديدة تختلف عن تلك الأجهزة لأنها في الواقع تلخص الإشارات والعمليات البيولوجية التي تؤدي إلى بدء العدوى في الغشاء الخلوي للخلايا. خلية واحدة.
في الواقع، فهو يخدع المتغير ويجعله يتصرف كما لو كان موجودًا في نظام خلوي فعلي لمضيفه المحتمل.
إن دراسة الفيروسات في الأنظمة الخلوية أمر صعب للغاية، لا يعني ذلك أن تصميم منصة الغشاء الحيوي كان أمرًا بسيطًا.
وقال دانييل: "من أجل إعادة إنشاء عملية العدوى المعقدة خارج الخلية، عليك أن تعرف ما هي العناصر والإشارات البيولوجية الأساسية، عليك أيضًا أن تعرف كيفية تصنيع هذه الأقطاب الكهربائية الدقيقة ووضع هذه البقع الغشائية الصغيرة عليها، من الصعب جدًا جعلها تستلقي على تلك البقعة الصغيرة من الأقطاب الكهربائية الدقيقة بالطريقة الصحيحة، وربما يكون هذا هو الجزء الأصعب".
عمل الباحثون مع منشأة كورنيل النانوية لتصنيع مصفوفات الأقطاب الكهربائية الدقيقة، التي تشبه العناكب الصغيرة المزخرفة بالذهب، وكانت كل وسادة قطب كهربائي مغلفة بغشاء خلية. يتم وضع عينة غشاء من خلية الرئة، على سبيل المثال، على القطب الكهربائي الدقيق ثم يتم إضافة الفيروس.
إذا اكتشف الفيروس المستقبل المطلوب على تلك الرقعة، فسوف يقيس المستشعر الحيوي كيفية تغير المقاومة الكهربائية عندما يتفاعل المتغير مع طبقة الغشاء المضيف ويحاول توصيل الجينوم الخاص به عبر غشاء الخلية المضيفة حتى يتمكن من إطلاق تعليماته على الجانب الآخر.
وقال دانييل: "من المحتمل أن يكون هناك ارتباط بين مدى قدرة المتغير على توصيل الجينوم الخاص به عبر طبقة الغشاء الحيوي ومدى قلق هذا المتغير من حيث قدرته على إصابة البشر".
وأضاف: "إذا كان قادرًا على إطلاق الجينوم الخاص به بشكل فعال للغاية، فربما يكون هذا مؤشرًا على أن البديل المثير للقلق يجب أن يكون شيئًا يجب علينا مراقبته عن كثب أو صياغة لقاح جديد يتضمنه، وإذا لم يطلقه بشكل جيد، فربما يكون هذا البديل القلق هو شيء أقل إثارة للقلق".
وتابع: "النقطة الأساسية هي أننا بحاجة إلى تصنيف هذه المتغيرات بسرعة حتى نتمكن من اتخاذ قرارات مستنيرة، ويمكننا القيام بذلك بسرعة كبيرة باستخدام أجهزتنا، وتستغرق هذه الاختبارات دقائق للتشغيل".
ونظرًا لأن الباحثين قادرون على إعادة إنشاء الظروف البيولوجية والإشارات التي تنشط الفيروس بأمانة، فيمكنهم أيضًا تغيير تلك الإشارات ومعرفة كيفية استجابة الفيروس.
وقال دانييل: "فيما يتعلق بفهم العلوم الأساسية لكيفية حدوث العدوى وما هي الإشارات التي يمكن أن تساعدها أو تعيقها، فهذه أداة فريدة من نوعها، لأنه يمكنك فصل العديد من جوانب تسلسل التفاعل، وتحديد العوامل التي تعزز العدوى أو تعرقلها".
يمكن تصميم المنصة لتناسب فيروسات أخرى، مثل الإنفلونزا والحصبة، طالما أن الباحثين يعرفون نوع الخلية التي لديها ميل للإصابة بالعدوى، وكذلك الخصائص البيولوجية التي تسمح لعدوى معينة بالازدهار.
وقال دانييل: "كل فيروس له طريقته الخاصة في القيام بالأشياء، وتحتاج إلى معرفة ماهيتها لتكرار عملية العدوى هذه على الشريحة، ولكن بمجرد أن تعرفهم، يمكنك بناء النظام الأساسي لاستيعاب أي من تلك الشروط المحددة".
