Field deployable viral genomic surveillance using panviral integrated indexed primers
يُمكِّن اختبار المبدئ الفهرسي المتكامل لجميع الفيروسات (PiiP) من المراقبة الجينومية الفيروسية السريعة في نفس اليوم في البيئات الميدانية محدودة الموارد، وذلك عبر الجمع بين البادئات ذات التفاعل الواسع وتقنية تسلسل "أوكسفورد نانوبور" المحمولة والتحليل غير المتصل بالإنترنت، كما أثبت نجاح نشره في أحد أسواق الطيور الحية في كمبوديا.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تعد الفيروسات مسافرين غير مرئيين، يتنقلون بين البشر والحيوانات والبيئة، وغالباً ما يتسببون في تفشٍّ للأمراض قبل أن يدرك أحد وجودهم. لعقود من الزمن، تطلب رصد هذه التهديدات إرسال عينات إلى مختبرات بعيدة وعالية التقنية حيث يقضي الخبراء أياماً أو أسابيع في فك الشفرة الجينية لمسببات الأمراض. هذا التأخير يخلق فجوة خطيرة بين اللحظة التي يظهر فيها الفيروس واللحظة التي يتمكن فيها العلماء من تحديده. وفي أجزاء كثيرة من العالم، لا سيما في المناطق التي يعيش فيها البشر والحيوانات في اتصال وثيق، يمكن أن تكون هذه الفجوة قاتلة. إن القدرة على اكتشاف الفيروس بسرعة ودقة، في المكان الذي يُعثر فيه عليه تماماً، كانت هدفاً طالما سعى إليه مسؤولو الصحة العامة، لكن المعدات اللازمة للقيام بذلك كانت تقليدياً كبيرة جداً، أو باهظة الثمن، أو معقدة للغاية بحيث يصعب نقلها إلى الميدان.
يقدم نهج جديد وُصف في بحث حديث طريقة لسد تلك الفجوة. فقد طور العلماء طريقة تجمع بين اختبار جيني واسع النطاق وجهاز تسلسل محمول، مما يسمح لهم بتحديد الفيروسات في الموقع. تستخدم هذه التقنية "بادئات" (primers) خاصة، وهي عبارة عن خيوط قصيرة من المادة الوراثية المصممة للارتباط بالعديد من أنواع الفيروسات المختلفة في وقت واحد، بدلاً من استهداف نوع واحد محدد فقط. ترتبط هذه البادئات بنظام يقوم بوسم المادة الوراثية حتى يمكن قراءتها بواسطة جهاز تسلسل صغير محمول باليد. ويمكن الآن أن تتم العملية بأكملها، من جمع العينة إلى رؤية النتائج على شاشة الكمبيوتر المحمول، في يوم واحد، حتى في المواقع النائية التي تفتقر إلى الاتصال بالإنترنت أو بشبكة طاقة مركزية.
اختبر الباحثون هذا النظام، المسمى "اختبار البادئات المؤشرة الشامل للفيروسات" (Panviral integrated indexed Primer assay)، في كمبوديا، وهي بلد يشكل فيه المزيج بين الحياة البرية والماشية والبشر بؤرة للأمراض الجديدة. تحققوا أولاً من مدى كفاءة الاختبار في بيئة مختبرية محكومة عن طريق إضافة فيروسات معروفة إلى عينات مختلفة. استخدموا مسحات من حنجرة الدجاج، وأنسجة أمعاء الخفافيش، ومستخلصات البعوض، وأنسجة دماغ الكلاب، وأضافوا فيروسات مثل إنفلونزا الطيور، وسارس-كوف-2 (SARS-CoV-2)، وحمى الضنك، وداء الكلب، لمعرفة ما إذا كان الاختبار يستطيع العثور عليها. كانت النتائج مشجعة؛ فقد نجح الاختبار في اكتشاف الفيروسات في معظم العينات، حتى عندما كانت الكميات الفيروسية ضئيلة جداً. كما استطاع التمييز بين أنواع مختلفة من الفيروسات، مثل الفصل بين فيروس الضنك والفيروسات الأخرى المشابهة التي ينقلها الحشرات، وعمل بشكل جيد حتى في المزيجات المعقدة مثل البعوض المطحون أو مياه الأسواق الملوثة. ومع ذلك، لاحظ الفريق أنه بينما كان الاختبار ممتازاً في تحديد عائلة الفيروس، فإنه واجه أحياناً صعوبة في تحديد النوع الفرعي الدقيق للإنفلونزا، وهو قصور أقروا به كجزء من التصميم.
ولإثبات قدرة النظام على العمل خارج المختبر التقليدي، أنشأ الفريق مختبراً متنقلاً في وسط سوق للطيور الحية في بنوم بنه. كان الإعداد متواضعاً، حيث يتسع في ثلاث حقائب سفر ويعمل بمحطة بطارية محمولة. تضمن الجهاز جهاز طرد مركزي صغيراً، وجهاز دورات حرارية (thermal cycler) لتسخين وتبريد العينات، ووحدة الفصل الكهربائي للهلام (gel electrophoresis) لتصور الحمض النووي، وجهاز التسلسل المحمول باليد. ومن اللافت للنظر أنهم استخدموا حتى طباخة أرز عادية لإذابة "الأغاروز" اللازم لاختبارات الهلام الخاصة بهم، مما أظهر كيف يمكن تطويع الأدوات المحلية للاستخدام العلمي. وتحت الظروف الحارة والرطبة في السوق، جمع الفريق عينات بيئية، بما في ذلك مرشحات الهواء، ومياه من أقفاص الدواجن، ومياه غسل جثث الطيور. قاموا بمعالجة هذه العينات في الموقع، حيث نفذوا سير العمل بالكامل من الاستخراج إلى التسلسل في حوالي ست ساعات ونصف.
أعطى الاختبار الميداني نتائج فورية. ففي غضون ساعات من جمع العينات، حدد النظام فيروسات الإنفلونزا المنتشرة في السوق، بما في ذلك الأنواع الفرعية H3 وH7 وH9، بالإضافة إلى فيروسات كورونا الخاصة بالطيور. كانت السرعة هي العامل الأكثر أهمية؛ فقد حصل الفريق على صورة واضحة للفيروسات الموجودة في السوق قبل غروب الشمس. وهذا التحول السريع يعني أن المسؤولين الصحيين يمكنهم نظرياً اتخاذ قرارات بشأن الاحتواء أو إجراء المزيد من الاختبارات بينما لا تزال التفشيات في مراحلها الأولى، بدلاً من الانتظار لأيام للحصول على تقرير من مدينة بعيدة. كما سلطت الدراسة الضوء على أهمية وجود قاعدة بيانات تتضمن سلالات الفيروسات المحلية، حيث أن البرامج الآلية قد تغفل أحياناً عن فيروسات غير ممثلة جيداً في مكتبتها العالمية، مما يتطلب تدخلاً من خبير بشري لمراجعة البيانات.
وعلى الرغم من أن هذا النظام ليس حلاً سحرياً يحل كل المشكلات، إلا أنه يمثل خطوة مهمة للأمام في كيفية مراقبة الأمراض. لقد أثبت أنه من الممكن جلب المراقبة الجينومية إلى حافة التفشي، وتحويل عملية كانت تتطلب سابقاً حصناً من المعدات إلى شيء يمكن وضعه في حقيبة سفر. وأكد الباحثون أن هذه الأداة مصممة للمسح بحثاً عن مجموعات محددة من الفيروسات المعروفة بقدرتها على الانتقال بين الأنواع، لتعمل كنظام إنذار مبكر بدلاً من أن تكون بديلاً لجميع طرق التشخيص الأخرى. ومن خلال إثبات أن سير العمل هذا يمكن أن يعمل في بيئة مدارية محدودة الموارد، تشير الدراسة إلى أن مستقبل الكشف عن الأوب "قد لا يوجد في مختبر شاهق الارتفاع، بل في الأماكن ذاتها التي من المرجح أن تبدأ فيها الأمراض الجديدة".
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.