جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب

تصميم مبتكر يعمل بكبسة زرّ

جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب
TT

جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب

جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب

تحتوي الأرض على أكثر من 326 مليون تريليون غالون من المياه، غير أن أقلّ من 3 في المائة منها عذبة وصالحة للشرب، وثلثاها محبوس في جبال الجليد والأغطية الجليدية القطبية أو على مسافات بعيدة في باطن الأرض. باختصار، يحصل البشر على 0.5 في المائة فقط من مياه كوكبنا للشرب.

مياه صالحة
ولكن هذا الأمر على وشك أن يتغيّر، بعد أن طوّر باحثو معهد ماساتشوستس للتقنية جهازاً محمولاً وسهل الاستخدام يحوّل المياه المالحة إلى مياهٍ صالحة للشرب بكبسة زرّ. ونشر الباحثون دراستهم أخيراً في دورية «إنفايرونمنتل ساينس أند تكنولوجي».
يتّسع النموذج التجريبي الحالي من الجهاز للدخول في حقيبة عادية الحجم، ويعالج لتراً من المياه في الساعة، ولكنه سيصبح قادراً على ترشيح 10 أضعاف هذه الكميّة بعد اكتمال تطويره، ليشكّل أداة حيويّة للمجتمعات التي تعيش في الجزر النائية، وعلى متن سفن الشحن، وحتّى مخيّمات اللاجئين القريبة من المياه.
ليس هذا الجهاز الأوّل من نوعه لترشيح المياه المالحة، ولكنّ الأجهزة المستخدمة حالياً عالية الكلفة وتحتاج إلى الكثير من الطاقة لتعمل وتعتمد على مرشحات مكلفة تحتاج إلى الاستبدال بشكل منتظم.
في المقابل، تتطلّب الوحدة الجديدة التي طوّرها باحثو معهد ماساتشوستس طاقة أقلّ من تلك التي يحتاج إليها شاحن الهاتف المحمول، ويمكن مدّها بالطاقة بواسطة لوحٍ شمسي صغير يتّصل بها من الخارج، فضلاً عن أنّها لا تتطلّب تغيير مرشحها لأنّها ببساطة لا تحتوي على مرشح، بل تستخدم نوعين من الحقول الكهربائية للتخلّص من الجزيئات المتنوعة كالملح والبكتيريا والفيروسات.

تصميم مبتكر
يكمن الابتكار الحقيقي في الجهاز الجديد في تصميمه الذي يتيح للنّاس العاديين استخدامه. تدخل المياه المالحة عبر أنبوب إلى داخله، حيث تحصل عملية الترشيح، ومن ثمّ تخرج عبر أنبوبٍ آخر إلى وعاء منفصل نظيفة وصالحة للشرب.
في هيكله الخارجي، يضمّ الجهاز ثلاثة أزرار ظاهرة فقط - الأوّل لتشغيله، والثاني لإطلاق عملية الترشيح، والثالث لإطفائه، بالإضافة إلى شاشة تعلم المستخدم أنّ المياه أصبحت صالحة للشرب.
تتيح جميع هذه الخصائص استعمال الابتكار الجديد في المناطق المحدودة الموارد - شرط أن يسعى الفريق البحثي إلى تقليل كلفته التي تتراوح حالياً بين 4 و6 آلاف دولار، أي نفس كلفة الأجهزة الأخرى. ولكنّ جونغيو يون، العالم الذي طوّر الجهاز وشارك في إعداد الدراسة من مختبر أبحاث الإلكترونيات التابع للمعهد، يتوقّع أنّ يتمكّن الفريق من تخفيض كلفة صناعة الجهاز بنحو 1500 دولار؛ ما سيعزّز فرص حصول المنظّمات غير الحكومية عليه.
يتوقّف هذا الأمر على التصميم النهائي وصناعة الجهاز طبعاً. يقول يون، إنّ النموذج التجريبي الحالي يتّسع في حقيبة عادية اشتراها من أحد المواقع الإلكترونية، ولكنّه يأمل في الحصول على استثمار بقيمة مليون دولار يساعده في نقل المنتج من المختبر إلى المصنع ليتمكّن الفريق البحثي من تجربة عمليات صناعية أخرى كحقن اللدائن.
ويتوقّع الباحثون أن يصبح النموذج التجريبي النهائي جاهزاً في نهاية العام المقبل - ليقرّبنا خطوة إضافية من تحرير الكميات الهائلة العالقة من المياه.
* فاست كومباني»
- خدمات «تريبيون ميديا»



نظام «كريسبر» جديد لإسكات الجينات بدلاً من «قصّها»

نظام «كريسبر» جديد لإسكات الجينات بدلاً من «قصّها»
TT

نظام «كريسبر» جديد لإسكات الجينات بدلاً من «قصّها»

نظام «كريسبر» جديد لإسكات الجينات بدلاً من «قصّها»

توصَّل باحثون في «مركز علوم الحياة بجامعة» فيلنيوس في ليتوانيا، إلى اكتشاف طريقة جديدة رائدة في مجال البحث الجيني تسمح بإسكات (أو إيقاف عمل) جينات معينة دون إجراء قطع دائم للحمض النووي (دي إن إيه).

وتُقدِّم الدراسة مساراً جديداً محتملاً لتعديل الجينات بشكل أكثر أماناً يشبه الضغط على زر «إيقاف مؤقت» على التعليمات الجينية داخل الخلايا.

آلية عمل نظام «كريسبر» الجديد

اكتشف فريق البروفسور باتريك باوش من معهد الشراكة لتقنيات تحرير الجينوم بمركز العلوم الحياتية في جامعة فيلنيوس بليتوانيا، بالتعاون مع خبراء دوليين في البحث المنشور في مجلة «Nature Communications» في 29 أكتوبر (تشرين الأول) 2024، نظاماً جديداً مختلفاً للتعديل الجيني.

وعلى عكس نظام «كريسبر كاس9 (CRISPR-Cas9)»، المعروف الذي اشتهر بقدرته على قطع الحمض النووي (DNA)، يعمل نظام «كريسبر» من النوع «آي في إيه» (IV-A CRISPR) بشكل مختلف، حيث يستخدم مركباً موجهاً بالحمض النووي الريبي لإسكات الجينات دون انشقاق خيوط الحمض النووي «دي إن إيه (DNA)».

كما يستخدم النظام الجديد مركباً مؤثراً يجنِّد إنزيماً يُعرف باسم «دين جي (DinG)». ويعمل هذا الإنزيم عن طريق التحرك على طول خيط الحمض النووي (DNA)، وتسهيل إسكات الجينات من خلال عملية غير جراحية.

تقنية «كريسبر-كاس9» للقص الجيني

هي أداة تعمل كمقص جزيئي لقص تسلسلات معينة من الحمض النووي (دي إن إيه). وتستخدم الحمض النووي الريبي الموجه للعثور على الحمض النووي المستهدف. و«كاس9» هو البروتين الذي يقوم بالقص، وهذا ما يسمح للعلماء بتعديل الجينات عن طريق إضافة أو إزالة أو تغيير أجزاء من الحمض النووي، وهو ما قد يساعد على علاج الأمراض الوراثية، وتعزيز الأبحاث.

** آفاق جديدة لتعديل الجينات بشكل أكثر أماناً وغير جراحي

بروتينات وحلقات

يستخدم نظام «كريسبر» من النوع «IV-A» بروتينين مهمين، هما «Cas8»، و«Cas5» للعثور على بقع محددة على الحمض النووي (DNA). ويبحث هذان البروتينان عن تسلسل قصير من الحمض النووي بجوار المنطقة المستهدفة التي تتطابق مع دليل الحمض النووي الريبي. وبمجرد العثور عليه يبدآن في فك الحمض النووي وإنشاء هياكل تسمى حلقات «آر (R)».

وحلقات «آر» هي الأماكن التي يلتصق فيها الحمض النووي الريبي بخيط واحد من الحمض النووي (DNA)، وتعمل بوصفها إشارةً للنظام لبدء إيقاف أو إسكات الجين.

وكما أوضح البروفسور باوش، فإن «آر» في حلقة «R» تعني الحمض النووي الريبي. وهذه الهياكل أساسية لأنها تخبر النظام متى وأين يبدأ العمل. ولكي تكون حلقات «آر» مستقرةً وفعالةً يجب أن يتطابق الحمض النووي، ودليل الحمض النووي الريبي بشكل صحيح.

وظيفة إنزيم «دين جي»

يساعد إنزيم «DinG» نظام «كريسبر» على العمل بشكل أفضل من خلال فك خيوط الحمض النووي (DNA). وهذا يجعل من الأسهل على النظام التأثير على قسم أكبر من هذا الحمض النووي، ما يجعل عملية إسكات الجينات أكثر فعالية وتستمر لفترة أطول.

وأشار البروفسور باوش إلى أنه نظراً لأن إنزيم «DinG» يمكنه تغيير كيفية التعبير عن الجينات دون قطع الحمض النووي، فقد يؤدي ذلك إلى تطوير أدوات وراثية أكثر أماناً في المستقبل.

تطبيقات محتملة لتخفيف تلف الحمض النووي

يحمل الاكتشاف إمكانات هائلة لتحرير الجينوم والبحث في المستقبل، إذ يمكن أن تخفف الطبيعة غير القاطعة لهذه الطريقة من المخاطر المرتبطة بتلف الحمض النووي( DNA). وهو مصدر قلق عند توظيف تقنيات تحرير الجينات الحالية.

ومن خلال تمكين تعديل الجينات دون إحداث تغييرات دائمة في الحمض النووي( DNA) يمكن أن يكون هذا النهج الجديد مفيداً بشكل خاص في التطبيقات السريرية مثل العلاج الجيني للاضطرابات الوراثية. كما أن القدرة الفريدة لهذا النظام على عبور الحمض النووي دون إجراء قطع، أمر مثير للاهتمام لتطبيقات تحرير الجينات المتقدمة.

الدقة والسلامة

ويعتقد فريق البحث بأن هذه الطريقة يمكن أن تزوِّد العلماء وخبراء التكنولوجيا الحيوية بأدوات أكثر دقة لدراسة وظائف الجينات وتصحيح التشوهات الجينية بطريقة خاضعة للرقابة.

ويمثل الاكتشاف تقدماً كبيراً في مجال البحث الجيني؛ حيث يفتح نظام «كريسبر» من النوع «IV-A» آفاقاً جديدة لتعديل الجينات بشكل أكثر أماناً وغير جراحي، ويمكن أن تحدث هذه الطريقة ثورةً في كيفية دراسة الأمراض الوراثية وعلاجها، مع التركيز على الدقة والسلامة.