بكتيريا تراقب الأنهار وترسل إشارة كهربائية عند تلوثها

المستشعر الحيوي الجديد (جامعة رايس)

عندما تضغط على إصبعك بمطرقة، تشعر بالألم على الفور، وتتخذ إجراءات العلاج، ولكن ماذا لو جاء الألم بعد 20 دقيقة من الإصابة؟ بحلول ذلك الوقت، قد يكون من الصعب التئام الإصابة.
يقول العلماء والمهندسون في جامعة «رايس» الأميركية، إن الشيء نفسه ينطبق على البيئة، فإذا كان التلوث الكيميائي في النهر يمر دون أن يلاحظه أحد لمدة 20 دقيقة، قد يكون قد فات الأوان لإصلاحه.
ويمكن أن تساعد أجهزة الاستشعار الإلكترونية الحيوية الخاصة بهم في ذلك، حيث قام فريق بقيادة عالمي الأحياء الصناعية كارولين أجو فرانكلين وجوناثان سيلبيرغ، بتوظيف البكتيريا للاستشعار بسرعة وإرسال إشارات كهربائية عند وجود تلوث.
وتُظهر دراستهم المنشور في دورية «نيتشر» أنه يمكن برمجة خلايا البكتيريا لاكتشاف نوع معين من الملوثات الكيميائية والإبلاغ في غضون دقائق عن طريق إطلاق تيار كهربائي يمكن اكتشافه.
ويمكن لهذه الأجهزة الحيوية أن تزوّد نفسها بالطاقة من خلال جمع الطاقة في البيئة لأنها تراقب الملوثات في أماكن مثل الأنهار والمزارع والصناعة ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي، لضمان الأمن المائي، كما يؤكد الباحثون.
وكانت البكتيريا التي أثبتت صحة فكرة الباحثين هي «الإشريكية القولونية»، وكان هدفهم الأول هو «الثيوسلفات»، وهو عامل ثنائي الكلور يمكن أن يتسبب في تكاثر الطحالب التي تضر بجودة المياه، وكانت هناك مصادر مياه مناسبة للاختبار، وهي شاطئ جالفستون وشاطئ هيوستن برايس وبافالو بايوس.
وجمع الباحثون الماء من كل منها، وفي البداية، قاموا بتوصيل «الإشريكية القولونية» بأقطاب كهربائية، لكن الميكروبات لم تلتصق بالقطب الكهربي، فاهتدوا إلى تغليفها في «الأغاروز» وهو عديد سكاريد، يُستخلص في العادة من بعض الطحالب الحمراء، وسمح ذلك بتثبيت الميكروب.
وبعد أن توصلوا لكيفية تثبيت الميكروب قاموا بتشفيره للتعبير عن مسار صناعي يولّد تياراً فقط عندما يواجه «الثيوسلفات»، وكان هذا المستشعر الحي قادراً على استشعار هذه المادة الكيميائية بمستويات أقل من 0.25 مليمول لكل لتر، وهي أقل بكثير من المستويات السامة للأسماك.