عمل البيولوجيون والمهندسون التابعون لمراكز الابحاث التابعة للمخابرات الامريكية على تصميم أنظمة إنذار مبكر تستطيع اكتشاف أي هجوم إرهابي بيولوجي في حينه للحد من تأثيراته....
ففي مايو 2000 أخذ عدد من كبار موظفي الحكومة الأمريكية يراقبون سحابة من البكتيريا وهي تنساب داخل مركز دنڤر للفنون المسرحية، وهو مجمع يضم سبعة مسارح تتسع لما مجموعه 7000 متفرج... وبعد أسبوع من ذلك، مات أو احتضر آلاف الناس نتيجة الوباء، وتم إغلاق حدود ولاية كولورادو، وبدأت الإمدادات الغذائية والطبية تتناقص، كما توقفت أشكال الرعاية الصحية بسبب مرض الأطباء والممرضات ونضوب المضادات الحيوية. ولحسن الحظ، فإن هذا السيناريو لم يكن حقيقيا، بل كان تدريبًا محوسبا computerized يحاكي مفعول هجوم بيولوجي ضد هدف ما في الولايات المتحدة. لقد كان جزءا من اختبار يحمل اسم TopOff يهدف إلى توعية المسؤولين المدنيين بأنهم لا يستطيعون الانتظار إلى أن يتوافد المرضى إلى غرف الإسعاف إذا كانوا يأملون شن دفاع ناجح ضد أسلحة بيولوجية... وقام العلماء بتصميم سلسلة من أنظمة الإنذار المبكر لتنبيه الموظفين الحكوميين إلى هجوم ما أثناء حدوثه... وتتضمن هذه التقانات شيپات حيوية biochips مبنية على الدنا DNA والأضداد.. كما تتضمن "أنوف"ا إلكترونية electronic noses تستطيع أن تشتمّ sniff out الميكروبات المميتة!!!!
هل نحن ضحايا هجوم من هذا القبيل؟؟؟؟
إن الحرب البيولوجية حرب ماكرة... إذ إن سُحُب العوامل البكتيرية أو الڤيروسية تكون نسبيا غير مرئية وبدون رائحة، بحيث لا يعرف الناس الذين يستنشقونها أنهم تعرضوا للهجوم إلا حين يمرضون بعد أيام... وعندما يدركون ذلك، ربما يكون قد فات أوان معالجة أولئك الضحايا أو حماية الآخرين من العدوى... وعلى الرغم من أن معظم العوامل البيولوجية ليست مُعْدية contagious جدا، فإن المرء الذي لا يدري أنه مصاب يمكن أن ينقل المرض في كثير من الحالات....
اجهزة كاشفة بيولوجية.... نظرة إجمالية
علينا اولا ان ندرك:
▪ عوامل الحرب البيولوجية ليس لها لون ولا رائحة، وقد تستغرق أياما لتظهر أعراضها. ووفقا لذلك قد لا يعرف مجتمع ما أنه تعرض للهجوم إلا بعد فوات أوان الاستجابة.
▪ يعمل البيولوجيون والمهندسون على تطوير مكاشيف تتألف من شيپات chips تكتشف العوامل الممرضة عن طريق استخدام أضداد أو دنا DNA. كما أنهم يطلعون علينا اليوم بأجهزة «تستشم» الروائح التي تطلقها الميكروبات أو المضافات التي تحيلها إلى أسلحة.
▪ يجب على المسؤولين الحكوميين أن يقرروا النهج الأفضل لنشر المكاشيف الجديدة للأسلحة البيولوجية. فمثلا، قد يكون من غير العملي أن توضع هذه الأجهزة في زاوية كل شارع.
ولحسن الحظ، فإن فترة حضانة العوامل البيولوجية تسمح بفسحة من الزمن يستطيع خلالها موظفو الصحة العامة حَجْر quarantine الضحايا ومعالجتهم، وكذلك تلقيح آخرين غيرهم. ففي الفترة التي تسبق ظهور الأعراض، يكون العديد من الأمراض التي تسببها العوامل البيولوجية قابلا للمعالجة بالمضادات الحيوية؛ في حين يتعذر معالجة بعض الضحايا بعد ظهور الأعراض .
إن للكشف المبكِّر أهمية خاصة، لأن العديد من الأمراض التي تسببها عوامل الحرب البيولوجية تحدث أعراضا أولية(مثل الحمى والغثيان)يمكن أن تُعزى خطأ إلى الإنفلونزا(النزلة الوافدة)... وبشكل عام يُلقن طلبة الطب جملة مفادها:«حينما تسمع ضربات الحوافر، فكِّر بالأحصنة وليس بحمير الوحش،»باعتبار ذلك وسيلة تذكِّرهم بضرورة استبعاد الأمراض الشائعة قبل التفكير بالأمراض الأكثر غرابة. ومع أن هذا القول المأثور يوفر الوقت والجهد في الأحداث اليومية، فقد يقود الأطباء بداية إلى إغفال أمر هجمة بيولوجية. ولهذا السبب توصف بعض المكاشيف البيولوجية biological detectors باللغة العامية بأنها شيپات حمار الوحش zebra chips(أو Z chips اختصارا)، لقدرتها على تحذير الأطباء بوجود حمار وحش مجازي metaphorical طليق.
يمكن شن حرب بيولوجية عن طريق تلويث الأطعمة أو الإمدادات المائية أو عن طريق الحشرات الناقلة للأمراض كالبعوض، ولكن لا يحتمل أن تصيب هذه السبل آلاف الضحايا خلال هجوم واحد. ولا تصل الأسلحة البيولوجية إلى مستوى أسلحة دمار شامل ـ ذات تأثيرات فتاكة بالبشر بشكل يضاهي الأسلحة النووية ـ إلا حين تنتشر عبر الهواء كرذاذ aerosal قابل للاستنشاق، يتكون من دقائق ذات حجوم من رتبة الواحد من المليون من المتر. وتستطيع هذه القطيرات البالغة الدقة أن تطفو في الهواء لمسافات بعيدة، وأن تدخل عميقا في الرئتين لتسبب عدوى خطرة في أجهزة الجسم.
ولكن العوامل البيولوجية المحمولة في الهواء تبقى صعبة الكشف بسبب تنوعها؛ إذ يمكن أن تكون في شكل بكتيريات أو ڤيروسات أو ذيفانات غير حية تنتجها ميكروبات... ويمكن أن تكون العوامل البيولوجية مميتة حتى في حال وجودها بتراكيز ضئيلة للغاية. ونشير هنا إلى أن الشخص السوي يتنفس نحو ستة لترات من الهواء في الدقيقة وأن بعض العوامل المُمْرِضة(المُمْرِضات)تست
لقد اقتصر عمل المكاشيف البيولوجية الأولى الناجحة على تفحص سحب من الجسيمات الصغيرة. وبعض هذه المكاشيف ـ من أمثال المكشاف العسكري الأمريكي XM2، الذي استعمل أثناء حرب الخليج الثانية ـ.. تختبر الهواء من حولها وتتصل بآلات تحصي الجسيمات ذات الحجم المناسب(المستخدم في الأسلحة البيولوجية)... فإذا تجاوز تعداد تلك الجسيمات عتبة معينة، ينطلق صوت إنذار يطلب من الجنود إخلاء المنطقة.... وتوجد مكاشيف أخرى للجسيمات تستخدم الليدار lidar، وهو نظام يشبه الرادار يطلق شعاعا ليزريا، ثم يستكشف الضوء المرتد عن الأشياء الواقعة في مساره. وفي الظروف الجوية الجافة تصلح الأجهزة المبنية على الليدار للعمل من مسافة 50 كيلومترا، ولكنها لا تستطيع التمييز بين شبّورات mists العوامل البيولوجية وسُحب الغبار الناعم أو الدخان.
وهناك أنظمة ليدار أكثر حداثة تستفيد من جزيئات معينة توجد في معظم الخلايا الحية، تتفلور حينما يستثيرها ضوء فوق بنفسجي (UV). فهذه الأجهزة الليدارية فوق البنفسجية تهيِّج الجسيمات بشعاع فوق بنفسجي ثم تراقب الفلورة الصادرة عن السحابة. ولكن حتى الليدار فوق البنفسجي لا يستطيع أن يَمِيزَ العوامل الممرضة من سحب الأحياء الدقيقة غير الضارة، أو الطلع او غيره من الدقائق.. وعلى الرغم من هذه العيوب فإن مكاشيف الجسيمات تفيد في إبعاد الجنود عن المناطق التي يمكن أن تشكل خطرا من رذاذ بيولوجي... ولعلها تستخدم أيضا للتنبيه إلى ضرورة البدء باستخدام مكاشيف أكثر حساسية للقيام بتحليل عينات الهواء ...
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 تلك 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)والسي
يحتوي العنصر الحساس 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 نوعية من الدنا عبر عملية 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 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 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 المتتاليات الدناوية القليلة خلال نصف ساعة من الزمن.
نشر وسائل الدفاع
قد يكون الجزء الأصعب هو اتخاذ القرار بشأن متى ينبغي استخدام مكاشيف الحرب البيولوجية وأين؟؟؟
قد يحدث هجوم بيولوجي في أي وقت وأي مكان... فالمجانين الذين عقدوا العزم على قتل أكبر عدد ممكن من الناس يستطيعون بكل سهولة إطلاق سحابة من العوامل الممرضة في سوق ريفية، كما يستطيعون إطلاق عامل بيولوجي في قطار أنفاق لإحدى المدن أثناء فترة الازدحام. (وفي الحالة الأولى ينبغي لهم اختيار يوم ملبد بالغيوم؛ لأن أشعة الشمس تقتل معظم الميكروبات).
منذ 11/9/2001 طغى الخوف من هجوم إرهابي على تفكير المخططين للأحداث .. وعلى الرغم من أن تنوع الأهداف المحتملة وكثرتها تجعل من المستحيل أو غير العملي إمكانية حماية جميع هذه الأهداف بشكل تام، فإن نشر المكاشيف البيولوجية بشكل مناسب يمكن أن يقلل من احتمال نجاح أسوأ الهجمات.
إن مكاشيف العوامل البيولوجية في الوقت الحاضر باهظة الثمن وتتطلب الكثير من الصيانة، بصورة يصعب معها وضع هذه المكاشيف في زاوية كل شارع. بيد أن الحس السليم يفرض أن بعض الأحداث أو المواقع تستحق إجراءات أمنية أشد بسبب أهميتها أو بسبب العدد الكبير من الضحايا المحتمل عندها. فمبنى الكاپيتول والپنتاغون يشكلان قلب الديمقراطية والقوة للولايات المتحدة، ولذلك فإنهما يستحقان المراقبة البيولوجية على مدار الساعة. وفي نهاية المطاف قد تتقدم التقانة إلى النقطة التي تصبح معها مكاشيف العوامل البيولوجية موثوقة الأداء ورخيصة الثمن وذاتية الفعالية بالقدر الذي يكفي لحراسة المباني البلدية لكل مدينة رئيسية...
كما استخدمت امريكا بالفعل في حرب العراق نظام كشف بيولوجي بعيد المدى يستخدمه الجيش الأمريكي، يعمل على متن (هيليكوپتر)من طراز بلاك هوك. ويمكن مزاوجة مثل هذه المكاشيف المبنية على مبدأ الليدار بشيپات بيولوجية تستطيع أن تَمِيزَ جسيمات الميكروبات غير الضارة من تلك المستخدمة كسلاح بيولوجي.
إن النظام الذي يستطيع رصد بيئته بشكل متواصل ويحلل العينات بسرعة ويعمل بتكاليف منخفضة يعد نظاما مثاليا، ولكن مثل هذا النظام لايزال بحاجة إلى بلوغ حد الكمال. وفي غضون ذلك يتعاون علماء الطب الوبائي والحاسوب في إنجاز قاعدة بيانات لرصد الأعراض التي تظهر على المرضى الذين يراجعون غرف الإسعاف بغية استقصاء أبكر علامات هجوم بيولوجي ما. ويستند هذا الپروتوكول إلى أجهزة محمولة باليد يستخدمها الأطباء لتلقيم قاعدة للبيانات بمعلومات عن الأعراض. وتستطيع قاعدة البيانات هذه أن تتعرف أنماط الأمراض (مثل عدد غير عادي من الحالات الشبيهة بالإنفلونزا وذلك في غير موسمها) التي تتناغم مع مقومات هجوم بيولوجي ما.
إن أحد هذه النظم، المعروف اختصارا باسم ليدرز LEADERS والمستخدم منذ العام 2000 في غربلة قواعد بيانات المستشفيات في المناطق القريبة من مواقع الأحداث الرئيسية مثل مؤتمرات الأحزاب السياسية والبطولات الرياضية السنوية لكرة القدم Super Bowl والبيسبول World Series.....تدوِّن قواعد البيانات معلومات المرضى من كل أنحاء البلاد بشكل متواصل بحيث يسهل كشف الهجمات مبكرا، بغض النظر عن مكان حدوثها وزمانه وكيفيته.
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 الكائن الدقيق بكامله.
و 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 ميريلاند) 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....
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
يتم 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 صفوف من أوتاد مصنوعة من پوليميرات مختلفة. ويتصف كل وتد بسعة نوعية لامتصاص مادة كيماوية بعينها تجعله ينتفخ. وتحتوي هذه الأوتاد على ملاقط flecks من مادة موصلة للكهرباء. فحينما تكون الأوتاد غير منتفخة تكون الملاقط الموصلة متقاربة فيما بينها بما يكفي لوصل الكهرباء؛ أما حينما تنتفخ، فإن الملاقط تتباعد عن بعضها لتفصل الدائرة الكهربائية وتعطي إنذارا. هذا ويختلف نمط الدوائر 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.
ومع أن الأسلحة البيولوجية شيء مرعب..الا إن المكاشيف البيولوجية يمكن أن تفيد من حيث المبدأ في وقاية الجماعات من أدوارا أخرى؛ إذ يمكن استخدامها في تحديد الأطعمة الملوثة أو في تشخيص الأمراض المُعدية .. هذا ويمكن استخدام أجهزة قياس الاستجابات الخلوية لغرض تقييم تحسس الخلايا السرطانية لمختلف العقاقير، مما يسمح للعلماء بأن يحددوا العلاجات الفعالة على نحو أسرع...
تعليقات
إرسال تعليق