ערכה המבוססת על חלבונים של חיידקים תאפשר לקחת דגימות ממקור מים ולבדוק אם הן מכילות מזהמים, אנטיביוטיקה או מתכות – באופן מיידי ובלי טכנאים או ציוד יקר
גישה למי שתייה נקיים היא אחד התנאים הבסיסיים ביותר שבני אדם זקוקים להם כדי לחיות. עם זאת, לפי דוח של ארגון הבריאות העולמי, לכ-2.1 מיליארד אנשים ברחבי העולם אין גישה למים נקיים, והם נאלצים להסתפק במים מזוהמים, המכילים חיידקים או חומרים מזהמים, כגון מתכות ותרכובות אורגניות אשר עלולות לפגוע בבריאות. אחד הגורמים המקשים על מציאת פיתרון לכך הוא הקושי בניטור יעיל של המים. כדי לבדוק את איכות המים ולחפש אחר מזהמים, צריך לקחת דגימות מים למעבדות שיש בהן צוות מיומן וציוד יקר ומתוחכם. במקרים רבים קשה מאוד לעשות זאת: רוב האנשים שאין להם גישה למים נקיים גרים באזורים עם מעט מאוד משאבים ותשתיות. לפיכך יש צורך בפיתוח בדיקה פשוטה וקלה לביצוע, שתוכל לזהות חומרים מזהמים במים בדייקנות ובלי צורך בטכנאים מיומנים ובציוד יקר.
כדי לענות על הצורך הזה, חוקרים מאוניברסיטת נורתווסטרן בארצות הברית פיתחו שיטה קלה ופשוטה לבדיקת חומרים מזהמים במים, אשר פורסמה במאמר בכתב העת Nature Biotechnology. החוקרים לא המציאו טכנולוגיה חדשה לצורך פיתוח השיטה הזאת, אלא ניצלו את יכולתם הטבעית של חיידקים מסוימים לזהות חומרים שונים במים. בתאי חיידקים אלה יש חלבונים שמסוגלים לזהות חומרים שונים בתוך החיידק. חלבונים אלו שייכים למשפחת גורמי השעתוק, שאחראים על בנייה של מולקולות RNA לפי תבנית של DNA, והם מאפשרי את בניית ה-RNA רק לאחר זיהוי של חומר ספציפי.החוקרים הפיקו אפוא את רכיבי המערכת הזאת מחיידקים, והנדסו אותם כך שיפעלו במבחנה ללא צורך בחיידקים חיים. כאשר מוסיפים טיפת מים למבחנת הבדיקה, ייווצרו במבחנה מולקולות RNA רק אם גורמי השעתוק יזהו חומר מזהם ספציפי. היווצרות ה-RNA תגרום לפליטת אור מהמבחנה, וכך יהיה אפשר לראות בקלות אם יש או אין חומר מזהם מסוים במים.
למיליארדי אנשים אין גישה קבועה למים נקיים, והם זקוקים לבדיקה מהירה ופשוטה שתגיד להם אם המים ראויים לשתייה. חוקר מראה למצלמה מבחנות ובהן דגימות מים, מוכנות לבדיקה | Northwestern University
זיהוי של מתכות כבדות ואנטיביוטיקה במים
החוקרים יצרו ערכה ובה בדיקות מ-17 גורמי שעתוק שונים, אשר נמצאים באופן טבעי בחיידקים ואינם מאפשרים יצירת RNA אלא אם כן המולקולה שהם קושרים נמצאת בדגימה. למשל, גורם השעתוק CadC מהחיידק Staphylococcus aureus אינו מאפשר יצירת RNA אלא אם כן נמצאים בסביבתו יוני עופרת או קדמיום, שניהם מזהמים מסוכנים. בין החומרים שהערכה מצליחה לזהות כרגע נמצאים אנטיביוטיקות שונות, כימיקלים מסוימים הנמצאים בתרופות ובמוצרים לטיפוח אישי, ומתכות כמו עופרת, נחושת ואבץ.
בשלב הבא רצו החוקרים לבדוק אם אפשר לתפעל את הבדיקות בשטח, ולא בתנאי מעבדה. לשם כך הם הדפיסו במדפסת תלת-ממד מתקן לאחסון המבחנות המזהה את פליטת האור מהן בעקבות הפעלת מתג. הבדיקה נשלחה למדינה אחרת בתוך ארצות הברית, שם נדגמו מים מהצנרת העירונית וזוהו בהצלחה אבץ ונחושת בתוך פחות משעה.
הבדיקה החדשה נקראת בשם ROSALIND, שהוא ראשי תיבות של RNA output sensors activated by ligand induction, ובנוסף נועד גם לכבד את זכרה של החוקרת רוזלינד פרנקלין, אשר תרמה רבות לפענוח מבנה ה-DNA. היא מאפשרת לבדוק את איכות המים בפשטות ובזמן קצר, ללא צורך בידע טכני או במכשור יקר. מגוון המזהמים שהיא יכולה לזהות יגדל ככל שמדענים יגלו עוד ועוד גורמי שעתוק שונים. עם זאת, יש לזכור שהנדוס גורמי השעתוק הללו כך שיוכלו לפעול מחוץ לחיידקים איננו עניין פשוט, וכי עדיין צריך לייעל ולהוזיל את המערכת כולה כדי שתוכל להגיע לאנשים שזקוקים לה יותר מכל.
סרטון של האוניברסיטה המתאר את השיטה החדשה:
