تشخیص آلودگی آب و غذا در کمتر از ۲ ساعت!

به گزارش خبرگزاری مهر، این فناوری که مبتنی بر نانوذرات است، نه تنها سریع و دقیق عمل می‌کند، بلکه هزینه تولید آن کمتر از ۲ دلار است و می‌تواند به‌ویژه برای کمک به جوامع محروم و مناطق فاقد امکانات آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گیرد. این نوآوری می‌تواند با اطلاع‌رسانی به‌موقع از شیوع بیماری‌هایی مانند مسمومیت‌های ناشی از اِکولی یا سالمونلا جلوگیری کند.

انتظار برای دریافت نتیجه آزمایش‌های آلودگی آب و غذا، که گاهی تا یک هفته به طول می‌انجامد، ممکن است به قیمت به خطر افتادن سلامت هزاران نفر تمام شود. اما این معضل به‌زودی به تاریخ خواهد پیوست. پژوهشگران دانشگاه ایالتی میشیگان (Michigan State University) با توسعه دو روش نوآورانه، زمان تشخیص باکتری‌ها و ویروس‌ها در مواد غذایی و آب را از روزها به چند ساعت کاهش داده‌اند.

پروفسور اوانجلین آلوسیلیا (Evangelyn Alocilja)، استاد گروه مهندسی بیوسیستم‌ها و کشاورزی در دانشکده مهندسی این دانشگاه، که رهبری این پروژه تحقیقاتی را بر عهده دارد، می‌گوید: «ما می‌دانیم که این یک مشکل بزرگ است. به عنوان مثال، امروز یک ساحل به دلیل آلودگی بسته می‌شود، اما سرنوشت افرادی که دیروز، قبل از اعلام نتیجه آزمایش‌ها، در آن آب شنا کرده‌اند چه می‌شود؟»

دستاورد این تیم تحقیقاتی، استفاده از نانوذرات مغناطیسی پوشیده شده با گلیکان (Glycan-coated magnetic nanoparticles) است. این نانوذرات برای جداسازی و شناسایی آلاینده‌های میکروبی در غذا و آب طراحی شده‌اند. گلیکان نوعی قند است که به پروتئین‌های روی سطح ویروس‌ها و باکتری‌ها می‌چسبد. هنگامی که نانوذرات به باکتری‌ها متصل می‌شوند، با استفاده از یک آهن‌ربا، ذرات و باکتری‌ها از نمونه جدا شده و آلودگی به‌راحتی حذف می‌شود.

پس از جداسازی آلودگی، نوبت به شناسایی نوع باکتری می‌رسد. این مرحله با استفاده از یک زیست‌حسگر انجام می‌شود که قادر به تشخیص موجودات زنده است. این حسگر از نانوذرات طلا استفاده می‌کند که اگر ژن خاص مورد نظر پژوهشگران (مثلاً ژن عامل بیماری‌زایی) وجود داشته باشد، در DNA باکتری جایگزین می‌شوند. خوانش نتیجه نیز بسیار ساده است: اگر نانوذرات طلا به رنگ قرمز دیده شوند، یعنی ژن هدف وجود دارد و نمونه آلوده است. اگر رنگ آن‌ها به آبی تغییر کند، به معنای تجمع نانوذرات و عدم حضور ژن هدف است.

کل این فرآیند آزمایشی تنها حدود ۴۰ دقیقه زمان می‌برد. این بدان معناست که کاربران می‌توانند باکتری‌های موجود در آب را در بازه زمانی دو تا چهار ساعت شناسایی کنند، نه یک تا دو روز. باکتری‌هایی مانند سالمونلا، کامپیلوباکتر و اِکولی (E. coli) که از طریق آب آلوده منتقل می‌شوند، شایع‌ترین عوامل بیماری‌های ناشی از غذا در آمریکا و سراسر جهان هستند. فناوری زیست‌حسگر مبتنی بر نانوذرات پروفسور آلوسیلیا قادر است این باکتری‌های منتقله از طریق آب و غذا را در کمتر از ۳۰ دقیقه جدا کند، DNA آن‌ها را در ۲۰ دقیقه استخراج نماید و ژن هدف را در ۴۰ دقیقه شناسایی کند. این امر علاوه بر نجات جان انسان‌ها، صرفه‌جویی قابل‌توجهی در زمان و هزینه ایجاد می‌کند.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این فناوری، مقرون‌به‌صرفه بودن آن است. برای آزمایش یک لیتر آب یا ۲۵ گرم غذا، تنها به یک میلی‌لیتر از نانوذرات مغناطیسی پوشیده شده با گلیکان نیاز است. هزینه این آزمایش تنها بین ۱۰ تا ۵۰ سنت برآورد شده و هزینه روش مبتنی بر نانوذرات طلا نیز کمتر از ۲ دلار برای هر تست است. پروفسور آلوسیلیا امیدوار است که این فناوری‌های ارزان‌قیمت روزی در سراسر جهان برای آزمایش کیفیت آب و بهبود ایمنی مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرند.

وی می‌افزاید: «این جمعیت‌ها بیشترین نیاز را به کمک دارند زیرا در برابر آب، غذا و محیط‌زیست آلوده بسیار آسیب‌پذیر هستند. اغلب، این جوامع فاقد زیرساخت‌های پزشکی هستند و منابع برق قابل اطمینانی ندارند. زیست‌حسگر مبتنی بر نانوذرات دقیقاً پاسخگوی این نیاز است زیرا از یک آهنربای ساده استفاده می‌کند، به حداقل نیروی برق نیاز دارد، کار با آن آسان است و به ذخیره‌سازی سرد (cold storage) نیازمند نیست.»

این پژوهش که در مجله تخصصی «Food Safety and Quality» منتشر شده، می‌تواند تحولی شگرف در سیستم‌های بهداشت عمومی و ایمنی غذایی در سراسر جهان ایجاد کند و با تشخیص به‌موقع، از همه‌گیری بیماری‌های گسترده جلوگیری نماید.