وقفت لينسي مار، وهي مهندسة بيئية، بجوار صندوقين بلاستيكيين شفافين مكدسين بالأنابيب، والفوهات، والمكونات الإلكترونية؛ وهو نموذج أولي غريب المظهر قد يُستخدم يوماً ما لحماية الأطفال في مراكز الرعاية اليومية من الفيروسات المنتشرة في الهواء.
تحليل عينات مسببّ للحساسية
قامت مار بملء الصندوق الأيمن برذاذ فضي خافت. وسحبت مضخة جزءاً من ذلك الهواء إلى الصندوق الأيسر، حيث التقط جهاز أخذ العينات الجسيمات، والقطرات العالقة. وسرعان ما تحول لون شاشة رقمية مثبتة على الصندوق إلى الأحمر، لتظهر رسالة: «تم الرصد! مسبب الحساسية Der f 1 المرتبط بعث الغبار»...
يُعد «Der f 1» بروتيناً يفرزه عث الغبار، ويمكن أن يؤدي استنشاقه إلى نوبات الربو. وقد رصد جهاز مار تركيزاً يبلغ 843 بيكوغراماً من «Der f 1» لكل متر مكعب؛ وللمقارنة، فإن حبة ملح واحدة تزن نحو 10 ملايين ضعف هذا المقدار. وقالت مار: «قبل هذا الجهاز كان الأمر سيستغرق منا يومين لمعرفة كمية المواد الموجودة في الهواء. أما الآن فنحن نقوم بذلك في وقت فوري تقريباً». (بيكوغرام= 10⁻¹² غرام).
رصد عشرات مسببات الأمراض
ليست مسببات الحساسية الناتجة عن عث الغبار هي التهديدات الوحيدة التي يهدف فريق مار إلى رصدها، واستخلاصها من الهواء؛ فهذه التقنية -التي لا تزال قيد التطوير- قادرة بالفعل على رصد فيروسات الإنفلونزا، وكورونا، وبكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli). وأضافت: «لدينا القدرة على رصد 10 مواد مختلفة، وبحلول نهاية البرنامج سنتمكن من رصد 25 مادة مختلفة».
كانت مار تتحدث بصوت عالٍ للتغلب على الضجيج في الطابق الخامس من مبنى مكاتب في واشنطن، وفي أي مكان يتجمع فيه الناس.
«جهاز مناعي» لمباني رعاية الأطفال
وقد استضافت «وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة للصحة» (ARPA-H) معرضاً علمياً مخصصاً للبالغين في مبنى مكاتب في واشنطن، حيث كان أكثر من 200 شخص يتجولون لإلقاء نظرة أولى على مجال علمي متطور بسرعة: تقنية صُممت للحفاظ على سلامة الهواء الداخلي في دور رعاية الأطفال، والمدارس، والمستشفيات. وتخصص الوكالة 150 مليون دولار لإنشاء ما تصفه بـ«جهاز مناعة لكل مبنى».
أمراض منقولة عبر الهواء
تشهد الحصبة -وهي مرض ينتقل بالكامل عبر الهواء- عودة للظهور في جيوب سكانية تعاني من انخفاض معدلات التطعيم داخل الولايات المتحدة. أما الإنفلونزا، فتنتشر عبر طرق متعددة، لكن الهواء يُعد مساراً مهماً لانتقالها. وإلى جانب الجراثيم المعدية، قد يحمل هواء الأماكن المغلقة تهديدات أخرى، مثل بروتينات عث الغبار، وأبواغ العفن، وحبوب اللقاح.
وقد واصل المهندسون تطوير أنظمة متطورة للحفاظ على جودة الهواء، وصحته. وغالباً ما تتباهى المباني السكنية الفاخرة بالتقنيات المستخدمة فيها لحماية السكان، إلا أن هذه الأنظمة لا تزال بعيدة كل البعد عن الانتشار الواسع.
نظام تحذير مماثل لإنذارات الحريق
وتقول جيسيكا غرين مديرة المشروع بالوكالة إن «أحد الأسباب أن حلول جودة الهواء الصحي في الأماكن المغلقة لم تنتشر على نطاق واسع في السوق بعد، لأن تكلفتها عالية».
وقد أطلقت غرين -وهي خبيرة في الميكروبات المنقولة جواً- برنامجاً في وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة للصحة للعمل على تطوير هذه الحلول، وأطلقت عليه اسم «BREATHE» (أي «تنفّس»)، وهو اختصار لعبارة «بناء بيئات مرنة للهواء والصحة الشاملة». ويتمثل الهدف في جعل المباني تكافح الأمراض بالطريقة نفسها التي تكافح بها الحرائق. فعندما يُطلق الدخانُ إنذارَ أجهزة كشف الدخان، يمكن لنظام التحكم في المبنى الاستجابة فوراً عبر رش الماء من المرشات، أو إطلاق مواد كيميائية لإخماد الحريق.
ولا يحتاج النظام إلى انتظار شخص ما لفحص الإشارات، واتخاذ قرار بشأن كيفية الاستجابة.
تحديات رصد الفيروسات
وقد فازت 4 فرق بعقود لتطوير هذه الأنظمة، وتواجه جميعها تحديات هندسية كبيرة، إذ إن تحديد الفيروسات العالقة في الهواء أصعب بكثير من رصد الدخان؛ إذ يمكن لتركيزات منخفضة للغاية من الجراثيم أو مسببات الحساسية أن تشكل خطراً. وهذا يعني أن أجهزة الاستشعار يجب أن تأخذ عينات من كميات هائلة من الهواء، مع تجميع القطيرات والجزيئات في سائل لتحليلها.
وتقول غرين: «يتعين على هذه الفرق تركيز كمية من الهواء تعادل حجم مسبح لتصبح بحجم ملعقة كبيرة». ويتبع كل فريق استراتيجية مختلفة في هذا الصدد.
تحليل الحمض النووي للفيروس
وتقود شركة «SafeTraces» -ومقرها كاليفورنيا- مجموعة تعمل على تطوير جهاز لأخذ عينات الهواء؛ وهو عبارة عن صندوق معدني أبيض عريض ومنخفض الارتفاع. يتدفق الهواء عبر الصندوق إلى خرطوشة خاصة، حيث تقوم مواد كيميائية بتفكيك الخلايا، وعزل الجينات الموجودة بداخلها.
وتحتوي الخرطوشة على «خطافات جزيئية»، يمكن لكل منها التقاط تسلسل محدد من الحمض النووي (DNA)، أو الحمض النووي الريبي (RNA) الخاص بالفيروس. وإذا التقط الخطاف أي مادة وراثية، فإنه يُصدر وميضاً ضوئياً. يأمل الباحثون أن يتمكن مستشعرهم من رصد ما يصل إلى 100 نوع من الفيروسات. كما يعملون على تطوير برمجيات قادرة على تحديد ما إذا كانت إشارات المستشعر تشير إلى تعرض الموجودين في المكان لخطر كبير للإصابة بالعدوى.
تنبيهات و«معالجات» فورية بالأشعة أو تهوية المبنى
وعندئذٍ قد تستجيب هذه البرمجيات، ربما عن طريق تشغيل مصابيح الأشعة فوق البنفسجية في نظام التهوية بالمستشفى؛ إذ تقضي هذه الأشعة على العديد من المخاطر المنقولة جواً، بما في ذلك فيروسات الحصبة. وقد يتلقى العاملون في المستشفى تنبيهات بضرورة اتخاذ تدابير حماية إضافية لتجنب استنشاق الفيروسات، وبمجرد أن ترصد المستشعرات زوال الخطر، يمكن للمستشفى العودة إلى سير العمل المعتاد.
وفي سياق متصل، يعمل فريق آخر -بقيادة شركة «بوبي» (Poppy) ومقرها فلوريدا- على تصميم نظام مخصص للمدارس؛ حيث ستؤدي الإشارات الصادرة عن أجهزة أخذ عينات الهواء التابعة للفريق إلى تشغيل مرشحات الهواء في الفصول الدراسية، لتستمر في العمل حتى يصبح هواء الفصول آمناً مرة أخرى.
أما مجموعة «مار» (Marr) فقد ركزت جهودها على مراكز الرعاية اليومية؛ إذ يعمل الفريق على تطوير برمجيات قادرة على إنشاء نماذج لغرف المركز، والتنبؤ بكيفية تدفق الهواء بينها، وتحديد مستوى الخطر الذي قد تشكله كل غرفة في حال دخول شخص مصاب بالعدوى إلى المبنى. ويمكن للنظام ضخ هواء نقي من الخارج، أو تشغيل أجهزة تنقية الهواء، للحد من هذا الخطر.
وتسعى جميع هذه الفرق إلى اختبار أنظمتها في بيئات واقعية؛ حيث تخطط شركة «سيف تريسيس» لاختبار نموذج أولي للنظام في مركز «والتر ريد» الطبي العسكري الوطني عام 2028، بينما تستعد مجموعة «مار» لاختبار نظامها في مراكز الرعاية النهارية بولايات كاليفورنيا، وميشيغان، ونورث كارولينا.
خفض نسبة التعرض للمرض إلى الربع
تهدف هذه التقنية إلى خفض معدلات الإصابة بأمراض الجهاز التنفسي بنسبة لا تقل عن 25 في المائة في كل بيئة تُستخدم فيها، غير أن هذه الأنظمة يجب أن تكون أيضاً بتكلفة معقولة للشراء والتشغيل؛ إذ تتوقع وكالة «أربا-إتش» (ARPA-H) أن تحقق هذه الأنظمة عائداً على الاستثمار بنسبة 10 في المائة.
* خدمة «نيويورك تايمز»
