ابتكار طريقة بسيطة ودقيقة لكشف سموم المياه

طوّر فريق من الباحثين في جامعة برمنجهام البريطانية طريقة فائقة الدقة للكشف المبكر عن الطحالب الزرقاء السامة في المياه العذبة، وهي تقنية من شأنها أن تُحدث تحولاً في إدارة موارد المياه ومراقبة جودتها في ظل التغيرات المناخية المتسارعة.

وبحسب دراسة نُشرت حديثاً في دورية الجمعية الأميركية للكيمياء تعتمد الطريقة الجديدة على تكنولوجيا الطيف الكتلي المتقدمة، والتي تمكّن الباحثين من رصد الكائنات الدقيقة المعروفة علمياً باسم البكتيريا الزرقاء أو “السيانوباكتيريا” قبل أن تتكاثر بشكل مفرط وتُكوّن ما يُعرف بـ”الازدهارات الطحلبية الضارة”، التي تظهر على شكل طبقة خضراء لزجة تغطي سطح البحيرات والبرك.

وتُعد الطحالب الزرقاء من الكائنات المجهرية التي تنتشر طبيعياً في المياه السطحية، وهي تلعب دوراً مهماً في امتصاص ثاني أكسيد الكربون، وإنتاج الأكسجين.

إلا أن بعض أنواعها تُنتج سموماً تُعرف بـ”السيانو توكسينات” والتي ثبت أنها تُسبب أضراراً كبيرة للكائنات المائية والحيوانات، بل وتمتد مخاطرها إلى صحة الإنسان؛ إذ يمكن أن تُحدث تلفاً في الكبد، وأعراضاً عصبية خطيرة عند التعرض لها.

وتشير تقارير منظمة الصحة العالمية إلى أن مستويات السموم في بعض البحيرات تتجاوز الحدود المسموح بها لمياه الشرب، ما يُبرز الحاجة الماسة إلى أدوات للكشف المبكر قبل تحوّل الازدهار الطحلبي إلى أزمة صحية وبيئية.

التقنية الجديدة تُعد تقدماً مهماً مقارنة بالأساليب التقليدية، وستُساعد في تحسين جودة المياه للاستخدام البشري، إضافة إلى دورها في حماية النظم البيئية الرطبة“

“تيم أوفرتون” أستاذ التكنولوجيا الحيوية الميكروبية في كلية الهندسة الكيميائية بجامعة برمنجهام

وتعتمد الطريقة التقليدية للكشف عن هذه الطحالب على المجهر أو التسلسل الجيني، وهما طريقتان تستغرقان وقتاً، وقد لا تفرّقان بدقة بين الأنواع السامة وغير السامة، لكن فريق برمنجهام وجد مدخلاً مختلفاً يعتمد على التركيز على الجزء الأزرق من الطحالب.

فمن خلال فحص الفروق الطفيفة في حجم المركّب الأزرق بين الأنواع المختلفة، تمكّن الباحثون من التمييز بين البكتيريا الزرقاء المنتجة للسموم وتلك غير الضارة، في وقت قياسي وبدرجة عالية من الحساسية.

كما تعتمد التقنية على التركيز البصري والتحليلي على الجزء الأزرق من الطحالب، وهو الجزء المسؤول عن لونها المميز ويُعرف علمياً باسم “فيكوسيانين”، وهو بروتين صبغي يلعب دوراً في عملية التمثيل الضوئي لدى هذه الكائنات الدقيقة. 

وما يميز هذه التقنية هو قدرتها على رصد الفروق الدقيقة في حجم وشكل هذا المركّب الأزرق بين أنواع الطحالب المختلفة، إذ تبيّن أن الطحالب السامة تحتوي على نمط فريد ومميز من “الفيكوسيانين” يختلف قليلاً عن تلك غير السامة، سواء من حيث التركيب الجزيئي أو البنية الفيزيائية.

ومن خلال تحليل الفروق باستخدام أدوات طيفية وحسابية دقيقة، أصبح بالإمكان التمييز بسرعة عالية بين الأنواع الضارة وغير الضارة من البكتيريا الزرقاء، دون الحاجة إلى إجراءات مخبرية معقدة أو وقت طويل. 

وتُعد هذه المقاربة تحولاً كبيراً في طرق مراقبة الإزدهارات الطحلبية، لأنها توفّر وسيلة سريعة وحساسة للكشف المبكر عن وجود السموم، مما يسمح للسلطات البيئية باتخاذ إجراءات وقائية قبل أن تتحول الطحالب السامة إلى خطر فعلي على الصحة العامة أو مصادر المياه.

وقال المؤلف الأول للدراسة “جاسبريت ساوند” الباحث في جامعة “برمنجهام” البريطانية: “منهجنا الجديد سريع وحساس للغاية، ويمكنه تتبع كيفية تنافس الأنواع المختلفة من السيانوباكتيريا في مياه البحيرات، حتى قبل أن تبدأ الأنواع السامة بالهيمنة”.

ولا تقتصر الأداة الجديدة على رصد الأنواع السامة فحسب، بل تُمكّن أيضاً من الكشف المباشر عن السموم نفسها في المياه، وهو ما يمنح الجهات المسؤولة القدرة على التحرك بشكل وقائي.

ويُتوقع أن تساهم هذه التكنولوجيا في تحقيق أهداف التنمية المستدامة التي وضعتها الأمم المتحدة، وتحديداً الهدف السادس: “المياه النظيفة والنظافة الصحية”، والهدف الثالث: “الصحة الجيدة والرفاه”، وذلك من خلال تحسين قدرة المجتمعات على مراقبة جودة المياه، والتعامل مع آثار التغير المناخي.

وأوضح المؤلف الرئيسي للدراسة “تيم أوفرتون” أستاذ التكنولوجيا الحيوية الميكروبية في كلية الهندسة الكيميائية بجامعة برمنجهام أن “التقنية الجديدة تُعد تقدماً مهماً مقارنة بالأساليب التقليدية، وستُساعد في تحسين جودة المياه للاستخدام البشري، إضافة إلى دورها في حماية النظم البيئية الرطبة”.

ويقول الباحثون إن “التغير المناخي سيفرض تحديات أكبر في المستقبل من حيث تكرار وتعقيد الظواهر الطحلبية، وبالتالي فإن القدرة على تحديد مكونات الازدهار الطحلبي ومستوى السموم بشكل مبكر ستُتيح لنا اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن تقييد استخدام المياه أو معالجتها، وتقديم التحذيرات اللازمة لحماية الصحة العامة”.

واعتمدت الدراسة على تحليل عينات من عدد من البحيرات في بريطانيا، وكشفت أن محتوى الطحالب الزرقاء يختلف من بحيرة لأخرى، وهو ما يفتح الباب أمام رسم خرائط طيفية دقيقة للبحيرات، تتضمن تركيبتها البيولوجية ومخاطرها المحتملة.

ويتطلع فريق البحث إلى تعميم التقنية لتُستخدم في المرافق الحكومية، ومراكز مراقبة البيئة، وشركات معالجة المياه، بل وربما يتم تطوير أجهزة محمولة صغيرة تعتمد نفس التكنولوجيا وتُمكّن من فحص المياه في الميدان خلال دقائق.

في ظل ازدياد حدة التغيرات المناخية وما تسببه من اختلالات بيئية، تمثل هذه التقنية الجديدة من جامعة برمنجهام أداة واعدة لتحصين المياه العذبة من أحد أكثر التهديدات غموضاً وخطورة.

ومن خلال القدرة على الكشف المبكر والتحديد الدقيق للسموم، فإن هذه الأداة ليست مجرد إنجاز علمي، بل هي خطوة في اتجاه مستقبل أكثر أماناً.