وتم تصميم وبناء هذا الجهاز في إطار رسالة الدكتوراه للباحثة سبيده ضيائي، تحت إشراف الأستاذ هدايت الله قورجياني، عضو الهيئة التدريسية في مركز أبحاث الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية بجامعة طهران، وعباس يادكار من جامعة الشهيد بهشتي للعلوم الطبية. ويتمتع الجهاز بالقدرة على تحديد بكتيريا كلوستريديوم ديفيسيلي بدقة عالية بطريقة غير تدخلية.
وقال الدكتور قورجياني، المشرف على هذه الرسالة، حول ضرورة وأهمية تصميم وبناء هذا المستشعر الحیوي: إحدى عواقب الاستهلاك المفرط للمضادات الحيوية هي فقدان الميكروبات الطبيعية في الأمعاء، إن غياب هذه الميكروبات الطبيعية يهيئ الظروف لنمو وتكاثر الميكروبات الانتهازية التي تدخل أجسام الأشخاص من خلال الماء والغذاء الملوثين. وإن نمو الميكروبات المسببة للأمراض في الأمعاء يعطل الأداء الطبيعي لهذا العضو، وأحد الأعراض الأولى لذلك هو الإسهال. بكتيريا كلوستريديوم ديفيسيلي، والتي تكون على شكل عصيات منتجة للجراثيم ولا هوائية، هي واحدة من هذه الميكروبات الانتهازية المعوية التي يمكن أن تسبب الإسهال.
وأضاف: تظهر الأعراض السريرية للعدوى الناتجة عن كلوستريديوم ديفيسيلي، حسب شدة العدوى وسلالة البكتيريا وسن وحساسية الجسم، على شكل ناقل بلا أعراض، إسهال خفيف أو متوسط، آلام في البطن، حمى، زيادة عدد كريات الدم البيضاء، التهاب القولون الشبيه بالغشائي، ثقب في الأمعاء حتى التهاب القولون الحاد في الأمعاء الغليظة، الكولون السمي وحتى الموت، وعادة ما تكون أكثر خطورة لدى المرضى المسنين.
وتحدث الأستاذ في جامعة طهران حول انتشار هذه العدوى قائلاً: يُقدّر انتشار العدوى الناتجة عن كلوستريديوم ديفيسيلي في طهران بـ 16%، وهذه النسبة في تزايد سنوي. وأضاف: ما يدعو للقلق هو أن انتقال كلوستريديوم ديفيسيلي لا يحدث فقط بسبب التواجد في المستشفى أو التعرض لبيئات علاجية أو استهلاك المضادات الحيوية، بل يمكن أن يحدث بسهولة من خلال الاتصال بالأشياء الملوثة أو استهلاك الماء والغذاء الملوثين بالجراثيم.
وتحدث قورجياني عن أداء الجهاز المصمم في مركز أبحاث الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية بجامعة طهران قائلاً: هذا المستشعر الحیوي الكهربائي الكيميائي مصمم للكشف عن سلالات مختلفة من بكتيريا كلوستريديوم ديفيسيلي بدقة وحساسية عالية. يتم الكشف عن الجين الذي يعبر عن البروتين السطحي لهذه البكتيريا والمسمى بروتين SlpA في هذا الجهاز. مضيفاً: يعمل هذا المستشعر الحیوي بطريقة غير تدخلية، مما يعني أنه عند أخذ العينة لا يتسبب في أي ضرر للمريض، حيث يتم استخراج الجين المدروس من عينة البراز للمريض. وتابع: عند وضع قطرة من الجين المستخرج على سطح الجهاز، إذا كانت هناك تلوث بالبكتيريا كلوستريديوم ديفيسيلي، يتم إنشاء إشارة كهربائية كيميائية قوية، وفي حالة عدم وجودها، يتم إنشاء إشارة ضعيفة.
وحول حساسية هذا المستشعر الحیوي الكهربائي الكيميائي، أوضح قورجياني: هذا المستشعر الحیوي قادر على تحديد كميات الجين لهذه البكتيريا في تركيزات منخفضة جداً تصل إلى 0.2 فمتومولار (16-10×2 مولار). واستجابة هذا المستشعر في نطاق 0.5 إلى 1900 فمتومولار من تركيز الجين لهذه البكتيريا خطية. كما قدم هذا المستشعر الحیوي استجابات ذات دلالة إحصائية بالنسبة لتركيزات تتراوح بين 10^2 إلى 10^7 مستعمرة لكل غرام من هذه البكتيريا.
وأضاف رئيس فريق البحث الذي صمم وبنى هذه الأداة المتخصصة: يقيس هذا المستشعر الحیوي الجين المستهدف بطريقة الفولتامترية ذات النبض التفاضلي. لبناء هذا المستشعر الحیوي، يتم أولاً تعديل سطح الكربون الزجاجي بجزيئات نانوية من الذهب والجرافين المؤكسد.
هذه الجزيئات النانوية قادرة على تعزيز الإشارة الكهربائية الكيميائية. ثم يتم تثبيت سلسلة من الحمض النووي التي تكمل الجين المستهدف ككاشف على سطح القطب. ونتيجة لارتباط الكاشف بشكل خاص مع جزيء الجين المستهدف، يتشكل هجين من الحمض النووي مزدوج الشريط على سطح القطب. الجزيء الكيميائي الذي يولد الإشارة الكهربائية الكيميائية في هذا المستشعر الحیوي هو إنتركاليتور يمكن أن يرتبط برغبة عالية بين أزواج القواعد الموجودة في بنية الحمض النووي مزدوج الشريط، بينما إذا لم يتشكل الهجين، فإنه يظهر رغبة قليلة للارتباط بالشريط الأحادي للحمض النووي.
