מערכת חישנים ביולוגיים הבנויה מסיב אופטי שבקצהו מקובעים חיידקים המהונדסים גנטית להפיק אור כאשר הם נחשפים לכימיקלים המזיקים לחומר הגנטי שלהם
שבועיים לאחר 11 בספטמבר קיבל ד”ר רוברט מרקס, מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת באר שבע, שיחה ממוסד מכובד בארה”ב, שביקש להישאר בעילום שם. האדם ששוחח עמו ביקש לדעת האם ביכולתו לפתח ערכה לאיתור חומרי לוחמה כימית וחיידקים המשמשים נשק ביולוגי. “עניתי לו, שלעניות דעתי אוכל לעשות זאת לפחות לגבי חלק מאלה”, אומר מרקס.
מרקס פיתח מערכת חישנים ביולוגיים הבנויה מסיב אופטי שבקצהו מקובעים חיידקים. החיידקים מהונדסים גנטית להפיק אור כאשר הם נחשפים לכימיקלים המזיקים לחומר הגנטי שלהם. את ההינדוס הגנטי של החיידקים מבצעים במעבדה של פרופ' שמשון בלקין מהמחלקה למיקרוביולוגיה סביבתית באוניברסיטה העברית. המערכת רגישה מאוד. רעלים כימיים ורעלני חיידקים, מתכות כבדות וחומרי הדברה בכמויות זעירות מאוד (ננו-רעלים), הפוגעים בד-נ-א של החיידקים, גורמים לחיידקים להאיר. את הסיב מחדירים לתוך דגימת מים, והאור נמדד בגלאי רגיש ומשודר ישירות למחשב. עוצמת האור שהחיידק מייצר מלמדת על ריכוז הרעל במים.
מרקס הצליח להקטין את המערכת שלו לגודל קופסה, שאותה אפשר לקחת לשטח ולבצע בעזרתה את הבדיקה בו במקום. התוצאה מועברת למחשב נייד. “לקחנו את המערכת לכנרת ובדקנו במי האגם נוכחות רעלים הפוגעים בחומר הגנטי של החיידקים. פגיעה כזאת מרמזת על רגישות ה-ד-נ-א שלנו לחומרים האלה. לשמחתנו, לא מצאנו כל פגיעה”, אומר מרקס. מערכות הבדיקה הקיימות מסוגלות אמנם לזהות נוכחות חומר כימי בדגימת מים בעזרת מכשור מתוחכם, אם על ידי בדיקת הרעילות לדגים המוחדרים לאגם ואם באמצעות חיידקים, בדרך דומה לזו של מרקס; אולם בשני המקרים התהליך ממושך ומחייב שימוש במכשור מעבדתי מתוחכם. “השיטה שלנו מהווה מערכת עצמאית שאינה דורשת אביזרים נוספים”, אומר מרקס. המערכת פותחה בתמיכת משרד המדע.
לדבריו, כל מרכז לבדיקת מים בעולם יוכל לעשות שימוש בטכנולוגיה שלו במאגר מים, בלא צורך להעביר את המים למעבדה מרכזית, כפי שנעשה עד כה. כך יוכל טכנאי לבדוק מימי אגם, לשדר את התוצאות מהמחשב שלו למעבדה מרכזית, ולהמשיך לעשות בדיקות במקומות נוספים באגם. כל בדיקה נמשכת בין 60 ל-90 דקות. כאשר המעבדה המרכזית תאתר רמה גבוהה של רעילות ביולוגית, יוכל הטכנאי לבדוק שוב בו ביום את רמת הרעילות באותו מקום ולבצע בדיקות נוספות במידת הצורך.
יחד עם חוקרים מהמחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה והמכון למחקר יישומי במדעי החיים מפתח עתה מרקס מערכת ביולוגית המבוססת על החיידקים המאירים, שתסייע בהגנה על מאגרי המים הלאומיים מפני לוחמה ביוכימית.
לפני שנתיים החל מרקס, בשיתוף הסטודנטים בוריס פוליאק ואלכס נובודבורץ, לפתח שיטה לגילוי חיידקי מחלה במים. “גילוי של חיידקים שונה במהותו מגילוי חומרי רעל, כי צריך למצוא שיטה 'לדוג' את החיידקים שרוצים לבדוק מתוך הסביבה המימית שבה כולם נמצאים”, אומר מרקס. לצורך זה מדביק מרקס לסיב האופטי נוגדנים נגד מרכיבים ייחודיים של דופן החיידק, שבאמצעותם אפשר לאפיין את החיידק המסוים. אם נמצאים במים חיידקים שאותם רוצים לאתר, הם נדבקים לנוגדן שלהם, מתיישבים על גבי הסיב האופטי, ומפעילים אנזים הגורם לזהירה. בדרך זו הצליח מרקס לאתר נוכחות של חיידקי כולרה במי שתייה. עתה הוא שוקד על פיתוח מערכת כזאת לאיתור חיידק הבוטולינום. מרקס מקווה שהחישנים הביולוגיים שהוא מפתח יוכלו לשמש כלי מרכזי באיתור מתקפות ביולוגיות וכימיות בישראל ובעולם כולו.
