Organic mineralization modification enhances biomineralization efficiency of Hepatitis E virus-like particles for development of room-temperature-stable quality control tools in food safety detection

في عالم سلامة الغذاء، يمثل الإبقاء على مراقبة دقيقة للتهديدات غير المرئية معركة مستمرة. أحد هذه التهديدات هو فيروس التهاب الكبد الوبائي (E)، وهو ممرض غالباً ما يختبئ في منتجات لحوم الخنزير ويمكن أن يصيب الناس بمرض شديد. ولرصد هذا الفيروس قبل وصوله إلى مائدة الطعام، يعتمد العلماء على اختبارات عالية الحساسية تبحث عن شفرته الوراثية. ومع ذلك، تتطلب هذه الاختبارات مادة مرجعية موثوقة — وهي عينة معروفة للبصمة الوراثية للفيروس — لضمان عمل الأجهزة بشكل صحيح. تقليدياً، تكون هذه العينات المرجعية هشة؛ فهي تشبه تماثيل زجاجية دقيقة يجب حفظها في ثلاجة أو مجمد في جميع الأوقات. فإذا انقطعت الكهرباء أو تعطلت سلسلة التوريد، تتدهور العينات، وتتلاشى القدرة على فحص الطعام بأمان. هذا الاعتماد على التخزين البارد يخلق عائقاً كبيراً، خاصة في المناطق النائية أو المناطق النامية حيث تكون الكهربة غير مستقرة. لطالما بحث العلماء عن طريقة لجعل هذه المواد المرجعية قوية بما يكفي لتحمل الحرارة، محاكيةً الطريقة التي تحمي بها الطبيعة أحياناً الكائنات الحية عبر تغليفها بأصداف معدنية صلبة.

لقد اتخذ فريق من الباحثين في جامعة جينزو الطبية ومركز الوقاية من الأمراض الحيوانية ومكافحتها في الصين خطوة مهمة نحو حل هذه المشكلة. فقد قاموا بهندسة نوع جديد من المواد المرجعية التي يمكنها تحمل درجة حرارة الغرفة لأسابيع دون أن تفقد فعاليتها. تضمن نهجهم إنشاء غلاف فارغ وغير ضار يشبه فيروس التهاب الكبد الوبائي (E) ولكنه لا يحتوي على أي مواد معدية. ووضعوا داخل هذا الغلاف قطعة محددة من الشفرة الوراثية المستخدمة للكشف. ولجعل هذا الغلاف متيناً، استخدموا تقنية تسمى "التعدن الحيوي المحاكي"، والتي تعني أساساً خداع الغلاف لبناء درع واقٍ حول نفسه. لقد قاموا بتعديل سطح الغلاف باستخدام علامة بيولوجية صغيرة، وهي سلسلة قصيرة من الأحماض الأمينية تُعرف باسم ببتيد (W6P)، والتي تعمل كمغناطيس للمعادن. وعندما أدخلوا أيونات الكالسيوم والفوسفات إلى الخليط، اندفعت هذه المعادن إلى سطح الغلاف وشكلت طبقة واقية صلبة، تماماً كما تتكون اللؤلؤة حول حبة الرمل، ولكن على نطاق مجهري.

كانت نتائج هذا الإنجاز الهندسي مذهلة. فقد وجد الباحثون أنه باستخدام نسخة محددة من الغلاف حيث يتم ترتيب علامات التعدن في أزواج، استطاعوا تحقيق كفاءة تعدن تقترب من 99 بالمائة. وهذا يعني أن كل غلاف تقريباً في الدفعة نجح في تنمية درعه المعدني. في المقابل، لم تتمكن الأغلفة التي تفتقر إلى هذا التعديل المحدد من تغليف سوى حوالي 70 بالمائة من المرات. وعندما فحصوا الجسيمات المدرعة تحت مجهر إلكتروني قوي، رأوا غلافاً واضحاً ومنتظماً بسمك يتراوح بين 3 إلى 4 نانومتر يحيط باللب. جعلت هذه الطبقة الجديدة الجسيمات تبدو أكثر حدة وتحديداً، مما يشير إلى بنية قوية ومستقرة. ومع ذلك، كان الاختبار الأكثر حرجاً هو ما إذا كان هذا الدرع يمكنه حماية المادة الوراثية بالداخل من الحرارة.

عندما وضع الباحثون الأغلفة غير المدرعة في بيئة دافئة عند 37 درجة مئوية، بدأت المادة الوراثية بالداخل في التحلل وأصبحت غير قابلة للكشف في غضون ثلاثة إلى خمسة أيام فقط. وحتى عند درجة حرارة الغرفة الأقل برودة البالغة 25 درجة مئوية، صمدت لمدة عشرة أيام فقط قبل أن تتحلل. أما الأغلفة المعدنية، فقد حكت قصة مختلفة؛ فقد ظلت الجسيمات المدرعة مستقرة وتعمل بكامل طاقتها لمدة 14 يوماً على الأقل عند 37 درجة مئوية ولمدة 20 يوماً عند 25 درجة مئوية. وفي بعض الحالات، لم تظهر الجسيمات المعدنية أي علامات على التحلل حتى بعد 40 يوماً في درجة حرارة الغرفة. هذا الارتفاع الدراماتيكي في الاستقرار يشير إلى أن الغلاف المعدني يعمل كدرع، يمنع الحرارة من إتلاف الشفرة الوراثية الدقيقة بالداخل.

ولضمان عمل هذه المادة الجديدة في العالم الحقيقي، اختبرها الفريق ضمن مصفوفة غذائية معقدة. فقد خلطوا الجسيمات المعدنية في كبد خنزير خام، وهي مادة معروفة بتدخلها في اختبارات الكشف، ثم أجروا الاختبارات التشخيصية القياسية. نجح النظام في اكتشاف الجسيمات حتى في التركيزات المنخفضة جداً، مما أثبت أن الطلاء المعدني لم يعرقل القدرة على إيجاد البصمة الوراثية للفيروس. تؤكد الدراسة أن استراتيجية التعديل العضوي هذه تخلق أداة مراقبة جودة قوية لا تعتمد على سلسلة التبريد. ومن خلال تحويل العينات البيولوجية الهشة إلى جسيمات مغلفة بالمعادن ومقاومة للحرارة، قدم الباحثون حلاً عملياً للحفاظ على معايير سلامة الغذاء في البيئات التي قد لا يتوفر فيها التبريد دائماً. يوضح هذا العمل أنه من خلال استعارة استراتيجيات من الطبيعة، يمكن للعلم بناء أدوات تكون دقيقة بيولوجياً وصامدة فيزيائياً في آن واحد.