إبرة في كومة قش^(****)

تستطيع بعض مكاشيف الأسلحة
البيولوجية الأحدث عهدا أن تميز العوامل الممرضة من الأحياء الدقيقة الحميدة أو
الجسيمات الأخرى على أساس الفروق في تركيبها الجيني. ولأن الدنا
DNA يتوضع داخل الميكروبات، كان لا بد أولا من
شق(فتح)الخلايا بغية استخراج دناها. وتحتوي بعض الأجهزة في داخلها (من أمثال
المنظومة GeneXpert التي تصنعها الشركة
Cepheid في سانيڤيل بكاليفورنيا) على ممزِّقات
disrupters للخلايا، في حين تتطلب الأجهزة الأخرى
أحد الفنيين لعزل الدنا.



تستند إحدى أولى الشيپات الدناوية، التي تم تطويرها
في جامعة نورث وسترن إلى الطبيعة المتتامة
complementary
nature للشريطين (الطاقين) المكونين للولب الدنا
المضاعف. فهذا اللولب الدناوي يشبه سُلما ملتويا تتكون كل من درجاته من وحدتين
فرعيتين تدعيان القواعد (الأسس). وينشطر هذا السلم على طول خطه المتوسط حينما
تُنَشَّط الجينات أو حينما تقوم خلية ما بنسخ
copying جيناتها قبل انقسامها. وهناك أربع قواعد
تكوّن درجات اللولب: وهي الأدنين(A)والثيمين(T)والسيتوزين (C)
والگوانين (G). وترتبط القاعدة
A على الدوام بالقاعدة
T كما تتزاوج القاعدة
C على الدوام بالقاعدة
G. إن المرء إذا ما عرف تتالي القواعد لأحد
الشريطين، وليكن
ATCGCC على سبيل المثال، يستطيع أن يتنبأ
بالتتالي
sequence المتتام للشريط الآخر، وهو في حالتنا
هذه
TAGCGG.



يحتوي العنصر المِحساس
sensing (في جهاز جامعة نورث وسترن)على أشرطة
وحيدة من الدنا مُتممة لتتالٍ قصير للدنا خاص بعامل ممرض محدد. ويتم تثبيت
الأشرطة على رقاقة زجاجية بين مسريين (إلكترودين). فعندما يدخل دنا العامل
الممرض إلى الجهاز، يلتصق(أو يتهاجن hybridize)بإحدى
نهايتي الدنا المثبَّت. وكيما يكتشف الفني هذا التهجين يعمد إلى إضافة قطع من
دنا ربطت بها جسيمات من الذهب تكُون متتامة مع النهاية الأخرى للتتالي الدناوي
المستهدف. فحيثما ترتبط التتاليات الدناوية الحاملة للجسيمات الذهبية تقوم
باستكمال دارة كهربائية بين المسريين وتبعث إشارة إنذار.



وهناك بضعة مكاشيف أخرى مبنية على
الدنا تستند إلى إمكان تضخيم تتاليات نوعية من الدنا عبر سيرورة تدعى التفاعل
التسلسلي الپوليميرازي polymerase chain reaction (أو
PCR اختصارا). ففي هذه التقنية يسخن العلماء
الدنا كي تتكسَّر الروابط الواقعة بين القاعدتين bases
المكونتين لكل درجة من درجات السلم، وينفصل شريطا الدنا. ومن ثم يعمدون إلى
تبريد المحلول وإضافة قطعتين قصيرتين من الدنا تدعيان البادئتين (الشَّعِيلتين) primers،
وهما مصممتان للتهاجن نوعيا مع كل من نهايتي تتالي الدنا الذي تحاولان اكتشافه.
وتتشبث إنزيمات بالبادئتين فتطيلهما، ناسخة بذلك الشريطين الأوليّين للدنا إلى
أربعة. ويستطيع العلماء مضاعفة عدد نسخ التتالي الدناوي المستهدف في كل مرة
يكررون فيها الدورة إلى أن يتوافر لديهم القدر الذي يكفي لاكتشافه.



وبإدخال جزيئات مُفَلْورة
fluorescent في قطع الدنا الحديثة الاصطناع،
يستطيع الباحثون رصد سيرورة التضخيم أثناء تطورها. وتتيح كذلك آلات تدعى
المنوِّبات الحرارية السريعة rapid
thermal cyclers (تستكمِل كل دورة من التسخين
والتبريد في أقل من دقيقة) إنجاز 30 عملية مضاعَفَة لكل من التتاليات الدناوية
القليلة خلال نصف ساعة من الزمن.



ولكن لا بد للأنظمة المبنية على
الدارة الكهربائية والتفاعل التسلسلي الپوليميرازي من أن تُحمَّل مسبقا بكواشف
reagent نوعية لعوامل ممرضة محددة، مما يعني أنه
يجب على مستعملي هذه الأجهزة أن يخمنوا سلفا وبشكل صحيح أي العوامل الممرضة
يحتمل أن يختاره الإرهابي المعني. وللتغلب على هذه المشكلة طور العلماء لدى
الشركتين Ibis Therapeutics (في كارلسباد
بكاليفورنيا) وScience Applications International
Corporation(في سان دييگو) نظاما يدعى⁽TIGER) ⁽²).
وعلى غرار عدة شيپات دناوية أخرى، يقوم النظام TIGER
بتضخيم الدنا المستهدف باستخدام التفاعل التسلسلي الپوليميرازي. ولكنه مع ذلك
يختلف عنها بكونه يستخدم بادئات (شَعِيلات)تتهاجن مع قطعة دناوية معنية بالتحكم
في الاصطناع الپروتيني الذي يعد جزءا من الآلية الأساسية لجميع الخلايا. ويظل
هذا النظام حساسا على نحو فائق، لأن الأجزاء الواقعة بين
البادئات (الشَّعِيلات) تكون في غاية الاختلاف إلى درجة أن كل كائن ميكروي
microorganism تقريبا يمتلك تتاليا فريدا خاصا
به. وهكذا يستطيع الفنيون تحليل تلك التتاليات المضخمة باستخدام مطياف كتلي
ومقارنتها بقاعدة معلومات لأنماط جميع الأحياء الميكروية المعروفة بغية تحديد
هذا العامل.



بيد أن للأجهزة المبنية على الدنا
تقييداتها. فهي لا تستطيع اكتشاف الذيفانات toxins
التي لا تمتلك دنا. كما أن زمن تفاعلها الطويل، وهو نصف ساعة، يحد من استعمالها
لتنبيه الناس إلى اقتراب سحابة من مُمْرضاتِ أسلحة بيولوجية، بما يكفي لعملية
الإخلاء في الوقت المناسب.



نشر وسائل الدفاع^(*****)

قد يكون الجزء الأصعب هو
اتخاذ القرار بشأن متى ينبغي

استخدام مكاشيف الحرب البيولوجية وأين.




كناري في منجم فحم^(******)

يمكن لشيپات مبنية على الأضداد
antibodies (وهي جزيئات لها شكل حرف(Y)يولِّدها
الجهاز المناعي وترتبط بجزيئات نوعية في الأجسام الغازِية) أن تتغلب على هذه
العوائق. فمادامت الأضداد تستطيع اكتشاف جزيئات على سطوح الميكروبات، فإنها لا
تحتاج إلى الزمن الإضافي اللازم لشق الخلايا المستهدفة. كما أنها تستطيع أن
تستكشف الذيفانات، إضافة إلى الكائن الدقيق بكامله.






تشكل الأضداد صميم نظام كشف الأسلحة
البيولوجية الذي صممه مختبر أبحاث سلاح البحرية الأمريكية والذي يدعى الطير
الكاسر Raptor. ويوصف هذا النظام بأنه مقايسة
شطيرية sandwich assay، لأن العوامل الممرضة
المستهدفة تلتصق بالأضداد الموجودة على الشيپة ويتم كشفها حينما تنحشر (كما في
الشطيرة) بين طبقة أخرى من الأضداد الموسومة labeled
بأصبغة مفلورة. ويستطيع نظام «الكاسر» أن يتعامل مع العديد من المُمْرِضات
المختلفة في وقت واحد، لأنه يمكنه أن يستوعب مواضع للعديد من الأضداد المختلفة،
يعتبر كل واحد منها نوعيا لسلاح بيولوجي مختلف. وكذلك يكتشف النظام أوريگن
Origen (الذي تنتجه الشركة
Igen في گيثرزبورگ بميريلاند) العوامل الممرضة بوساطة المقايسة
الشطيرية، ولكنه يستعيض عن الأصبغة المفلورة بمركب يصدِر دفقة ضوئية عند تعرضه
لحقل (مجال)كهربائي. والميزة هنا أن الضوء المنبعث يكون أسطع من الفلورة
العادية، وهذا يسمح بتحليل عينات لا تحتوي إلا القليل من العوامل الممرضة.
وإضافة إلى ذلك، يتم ربط واحد من الأضداد بسطح يسمح بتركيز العوامل الممرضة
المستهدفة قبل اكتشافها.



وهناك تعاون ما بين شركتنا «سِرْفِس
لوجيكس» وشركة «أجهزة رصد الإشعاع» في واترتاون بماساتشوستس لتطوير تقانة يمكن
استخدامها في تعرف العوامل الممرضة على نحو مستمر. ويقوم هذا الجهاز، الذي يمكن
وصله بأداة لأخذ عينات الهواء، بمزج أي جسيمات موجودة في عينة الهواء في محلول
يحتوي على كريات مغنطيسية مجهرية. وتكون كل كرية مكسوة بأضداد مفلورة ترتبط
بميكروب معين.



ينساب دَفْق (تيار) محلول العينة المحتوي على الكريات
نازلا في قناة مجهرية ذات قطر يقارب شعرة الإنسان لتلتقي دفقا(تيارا) نظيفا
خاليا من الأحياء الميكروية. ويجري هذان الدفقان (النظيف والعينة) جنبا إلى جنب
بدون امتزاج إلى أن يصلا إلى تشعب fork في القناة. ويقوم مغنطيس مركب قبل
التشعب مباشرة بجذب الكريات المغنطيسية ـ وما يرتبط بها من عوامل ممرضة ـ إلى
داخل الدفق النظيف، ثم ينساب هذا الدفق بعدئذ إلى مكشاف يُسجل وجود العوامل
الممرضة من خلال كشف فلورتها (تألقها).



وثمة ميزة رئيسية لنظامنا تتمثل في
كونه يزيل العوامل الممرضة المُستهدفة من بين آلاف الأحياء غير الضارة الموجودة
في عينة معينة. ولا يؤثر الدخان والملوثات البيئية الأخرى الموجودة في العينة
في عملية الكشف، لأن الكريات الميكروية تنجذب إلى داخل الدفق(التيار)النظيف قبل
مرحلة الكشف عن الفلورة. يضاف إلى ذلك أن هذا الجهاز يقبل، بشكل متواصل، عينات
مأخوذة من البيئة ويحللها خلال بضعة أجزاء من ألف من الثانية.



وتستخدم أنظمة أخرى الأضداد لاحتجاز
العوامل الممرضة المارة فوق أدوات اهتزازية، مثل: بلورات الكوارتز أو الأغشية
الدقيقة أو الكوابيل cantilevers المجهرية.
وحينما تحتجز هذه الأدوات العوامل الممرضة تغدو أثقل وزنا، الأمر الذي يسبب
تباطؤ اهتزازها. وهنا يتم كشف هذا التغير إلكترونيا.



استشعار المعتدين^(*******)

إن الأجهزة المذكورة في هذه المقالة
هي إما متاحة الآن أو يتوقَّع لها أن تتاح في غضون السنوات القليلة القادمة.
بيد أنه يُجرى على الدوام تطوير تقانات أكثر جدّة وأقوى مفعولا.






ويتم حاليا تعديل ما يسمى الأنوف الإلكترونية (التي
تستخدم اليوم للكشف عن المتفجرات والأسلحة الكيماوية)كي تتمكن من استشمام
القنابل البيولوجية. ويحتوي أحد هذه الأجهزة المسمى سيرانوز (صنعته الشركة
«سيرانو سيانسز» في پاسادينا بكاليفورنيا) على صفيف من أوتاد مصنوعة من
پوليميرات(5) مختلفة. ويتصف كل وتد بسعة نوعية لامتصاص مادة كيماوية بعينها
تجعله ينتفخ. وتحتوي هذه الأوتاد على رُقط flecks
من مادة موصلة للكهرباء. فحينما تكون الأوتاد غير منتفخة تكون الرقط الموصلة
متقاربة فيما بينها بما يكفي لوصل الكهرباء؛ أما حينما تنتفخ، فإن الرقط تتباعد
عن بعضها لتفصل الدارة الكهربائية وتعطي إنذارا. هذا ويختلف نمط الدارات
المقطوعة باختلاف الرائحة. ويعمل الباحثون حاليا على تصميم أنوف تستطيع أن
تتعرف المستقلبات metabolites التي تطلقها
بكتيرات خطرة أو كيماويات مثل المثبِّتات stabilizers
التي غالبا ما تشكل جزءا من الأسلحة البيولوجية. والأمل معقود على إيجاد نمط
فريد لكل مادة بيولوجية.



وفي مقاربة راقية الإبداع، تستخدم الشركة
BCR Diagnostics (في جيمس تاون برود أيلاند) أشكالا هاجعة من البكتيرات
تدعى أبواغا لغرض اكتشاف وجود أسلحة بيولوجية. فعندما تدخل البكتيرات هذا
المكشاف يشق cleaves استقلابها العادي مغذيا
خاملا ليعطي مغذيا فعالا يسمح بدوره لأبواغ المكشاف بالإنبات (الإنتاش). ولما
كانت هذه الأبواغ قد عدلت وراثيا، بحيث تصدر ضوءا حينما تخضع لمثل هذا التحول،
فإن المكشاف يسجل وجود العامل المُمْرِض. ولسوء الحظ، يكشف هذا الجهاز وجود
جميع البكتيرات ـ الضارة وغير الضارة. ولكن يمكن مُهايأته عن طريق تصميم مغذيات
خاملة خاصة يمكن تحويلها إلى مغذيات فعالة بوساطة الأنماط البكتيرية الأرجح
استعمالا في الأسلحة البيولوجية دون غيرها.



ومع ذلك، يمكن لإرهابي ذكي أن يضلل حتى أحسن
المكاشيف البيولوجية، وذلك بإنتاج ذيفانات مميتة من كائن حي غير مؤذ عن طريق
هندسته وراثيا. إن المكشاف المثالي ينبغي أن يستجيب لوجود سلاح بيولوجي
بالطريقة نفسها تماما التي يستجيب بها الإنسان الذي يستهدفه ذلك السلاح، ولكن
بشكل أسرع. ولهذه الغاية تقوم حاليا وكالة مشروعات البحوث الدفاعية
المتقدمة (DARPA) بتمويل بحوث المكاشيف البيولوجية التي تتضمن خلايا حية مأخوذة
من البشر والحيوانات والنباتات، على أساس أن العامل الممرض للبشر لا بد أن يكون
ضارا لنوع واحد على الأقل من الخلايا البشرية، بحيث إن قياس مقدار موت الخلايا
في المكشاف سيشير إلى وجود كائن حي ضارٍّ ما في البيئة.




ومع أن الأسلحة البيولوجية شيء مرعب، فما من دولة أو
مجموعة إرهابية لجأت حتى الآن إلى استخدامها لقتل آلاف الناس. صحيح إن المكاشيف
البيولوجية يمكن أن تفيد من حيث المبدأ في وقاية الجماعات من مثل هذا الحدث غير
المحتمل، ولكنها أيضا تستطيع أن تلبي أدوارا أخرى؛ إذ يمكن استخدامها في تحديد
الأطعمة الملوثة أو في تشخيص الأمراض المُعدية(الخامجة) في عيادة الطبيب. هذا
ويمكن استخدام أجهزة قياس الاستجابات الخلوية لغرض تقييم تحسس الخلايا
السرطانية لمختلف العقاقير، مما يسمح للعلماء بأن يحددوا العلاجات الفعالة على
نحو أسرع. وبهذه الطريقة قد يغدو ممكنا تحويل الدروع(بدلا من السيوف)إلى شفراتِ
محاريث.