مختبرات ميدانية متنقلة: الحل لدراسات عن كثب

تدرس فلورا فينسنت، اختصاصية الميكروبيولوجيا البحرية، علاقات التكافل بين الأحياء الدقيقة. وقد ظلت نتائج أبحاثها على مدار مشوارها المهني مرتهنة بجودة عيناتها البحثية. تُجمع هذه العينات عادة من المحيطين الهادئ والأطلسي، ثم يجري حفظها في مختبر فينسنت لمزيد من الدراسة، وذلك باستخدام عمليات كيميائية قد تدخِل اضطرابات على الأحياء الدقيقة في العينات. وهذا لا يحقق الظروف المثلى لعالمة تتطلع إلى دراسة الكيفية التي تنمو وتزدهر بها هذه الكائنات في بيئاتها.

تلفت فينسنت من مكتبها في مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي في مدينة هايديلبيرج الألمانية إلى تلك المعضلة قائلة: "يطرأ اختلاف على هذه العينات فور نزعها من منظومتها البيئية".  ومما يضفي مزيدًا من التعقيد على المشكلة، أن الكائنات التي تدرسها فينسنت، مثل العوالق، تتسم بطبيعة خاصة؛ فهي تتفاعل باستمرار مع غيرها من الكائنات في النظام الإيكولوجي للمحيط.

من ثم أبدت فينسنت اهتمامًا عندما تلقت وفريقها البحثي دعوة من مديريها في مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي للمشاركة في  أبحاث «المختبر الجوال المتقدم» (Advanced Mobile Laboratory، أو اختصارًا AML)، وهو جزء من مشروع «مسح السواحل الأوروبية» Traversing European Coastlines. يقع هذا المختبر الجوال - وهو مقطورة مخصصة للأبحاث طولها 12 مترًا، ويمكن توسعة مساحتها إلى 40 مترًا مربعًا - في مرأب سيارات يبعُد بحوالي 100 متر عن مبنى مختبر فينسنت، ويطل على مرج تكسوه الخضرة. لكن منذ مارس عام 2023 إلى يوليو عام 2024، استُخدم لجمع عينات من الأنظمة الإيكولوجية على مستوى سواحل أوروبا القارية والمملكة المتحدة، بدءًا من مدينة روسكوف الفرنسية، وانتهاءً إلى منطقة تراقيا شمال شرق اليونان. وهو ما أتاح بشكل غير مسبوق العينات للباحثين لأغراض تحليلها ودراستها (انظر الشكل: "منظومة ساحلية مترابطة")

حول المختبر، يقول نيكو لايش، مدير عمليات خدمات المختبرات الجوالة لدى مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي: "نقل المعدات التقنية لتكون أقرب ما يكون إلى المنظومة البيولوجية التي نتطلع إلى دراستها أتاح لنا فجأة نظرة من زاوية مختلفة تمامًا على الحياة، إذ أمكننا أن نرصد لأول مرة تفاعلات لم يتسن لنا رصدها قط؛ تحدث بين الكائنات وبعضها". شرح لي خلال استعراض المختبر الجوال وظيفة كل مُعدة، بدءًا بالمجاهر وأدوات فرز الخلايا على اختلافها، وصولًا إلى منطقة ذات أرضية من الألمونيوم مُكرسة لإعداد العينات لأغراض فحصها بالمجهر الإلكتروني، زُودت بمُجمد عالي الضغط للمهام الثقيلة، وبأداة تجميد بالغمر، وبمجهر فلوري لفحص العينات بالتبريد.

ولم يضم المختبر بين جنباته الآلات الثقيلة فحسب. فكثير من المُعدات زُين بألعاب، كدمية باربي شبيهة بملكة الثلج الأسطورية، وأخطبوط مُحاك بفن الكروشيه، صنعه عضو من طاقم المختبر، وشاحنة من مكعبات الليجو، تشبه شبهًا وثيقًا المقطورة.

جدير بالذكر أن المختبر أحدث تحولًا جذريًا في أبحاث فينسنت. فحفظ العينات بالتبريد، ثم التقاط صور حية لها، أتاح لفريقها البحثي دراسة علاقات التكافل بين الميكروبات من زاوية غير مسبوقة.

في هذا الإطار، تقول فينسنت: " إن فرز هذه الكتل الحيوية الكبيرة وحفظها باستخدام مجمد عالي الضغط، لندرس بعدئذ عن كثب الأساس الجزيئي لهذه الظواهر، لهو قطعًا إنجاز غير مسبوق".  وتعلل لرأيها هذا قائلة: "أنا مولعة بمحاولة فهم تفاعلات هذه الكائنات مع بعضها في بيئتها الأصلية، فهذا حلمي منذ أن أنهيت دراساتي لنيل درجة الدكتوراه".

أطياف من المختبرات الجوالة

المختبرات الجوالة ليست ظاهرة جديدة؛ فقد سبق أن لعبت دورًا حيويًا في اختبارات الكشف عن «كوفيد-19» ، في أستراليا1، على سبيل المثال. كما تُستخدم كثيرًا لتخفيف حدة موجات انتشار فاشيات، مثل التهاب السحايا في بِنين2 أو فيروس «نيباه» في الهند3. وحول العالم، بدأ علماء من العديد من التخصصات في استخدام هذه المختبرات لرصد العينات وإجراء أبحاث واسعة النطاق. فتقدر شركة «زايون» Zion لأبحاث السوق في مدينة بونة الهندية بأن سوق مختبرات الأمن البيولوجي الجوالة على مستوى العالم ستتصاعد قيمتها لتصل إلى 451 مليون دولار أمريكي بحلول عام 2032.

كذلك تتيح هذه المختبرات جمع العينات من الماء، ولنا في أبحاث فينسنت شاهد على ذلك. فضلًا عن أنها وسيلة رائعة لقياس مستويات العناصر التي يحملها الهواء.

في ذلك الصدد، يقول بيتر دي كارلو، العالم المتخصص في دراسة الغلاف الجوي من جامعة جونز هوبكنز في مدينة بالتيمور بولاية ميريلاند الأمريكية: "نحن في مجتمع أبحاث دراسة الغلاف الجوي نأخذ عادة قياسات هذا الغلاف في بقعة واحدة لنستمد من ذلك الكثير من المعلومات، لكن إذا أردنا حقًا تتبُع ورصد ما يطرأ على الغلاف الجوي من تغيرات، فعلينا أن نتبع حركة الهواء". يستخدم دي كارلو وفريقه البحثي شاحنة عتيقة من طراز «دودج» Dodge، وهي مزودة بأجهزة قياس طيف كتلي ومعدات أخرى لقياس مستويات عناصر كيميائية بعينها، سعيًا إلى رصد مدى تلوث الهواء على مستوى مدينة بالتيمور الأمريكية. وعلى حد قول دي كارلو، يستهدف الفريق البحثي الوقوف على المخاطر الصحية التي قد تهدد سكان المدينة، وعلى "الطرق الممكنة لتحديد مصادر هذه العناصر الكيميائية".

أيضًا حمل مختبر جوال آخر في بيرو أهمية بالغة لفريق بحثي كان يدرس الحمض النووي القديم بين يناير من عام 2019 وديسمبر من عام 2021.  حوت مركبة هذا المختبر جهاز طرد مركزي وبراد وحجيرة، ما أتاح تحليل الحمض النووي القديم بشكل آني تقريبًا.

وعن هذا المختبر الأخير يقول هينر جيو، أحد الباحثين المشاركين في هذا المشروع الكائن في المركز التقني والبحثي لشركة «إنبيوميديك» INBIOMEDIC في مدينة ليما: "ساعدنا هذا المختبر في حفظ العينات بصورة أفضل، ما حد من احتمال تلوثُها ومن احتمال تحلل الحمض النووي، وأغنى عن الحاجة إلى نقل العينات الحساسة لمسافات طويلة. وهذا من الضرورة بمكان لحماية الحمض النووي القديم الذي يكون قد خضع لعملية تحلل بالفعل". 

غير أن المختبرات الجوالة لا تنحصر فائدتها في جمع العينات من بيئاتها.  إذ يُمكن استخدامها أيضًا في الدراسات التي تُجرى على المجتمعات السكانية البشرية التي يصعب الوصول إليها. في ولاية كولورادو الأمريكية، على سبيل المثال، يتبع مختبر جامعة كولورادو الأمريكية «سي يو تشينج» CUChange أسطولٌ من المركبات التي تُسمى بـ"شاحنات القنب" لدراسة تعاطي الماريجوانا، وهو مبحث يصعب طرقه بسبب القيود التنظيمية. فالقوانين الحالية تفرض قيودًا على الطرق التي يمكن بها للباحثين دراسة أنماط تعاطي الماريجوانا في السوق القانونية لهذا المستحضر. ووفقًا لأنجيلا برايان، وهي اختصاصية علم نفس، تشارك في المشروع، فإن زيارة المشاركين في الدراسة وتقييم حالتهم على الصعيد البدني والسلوكي والإدراكي قبل وبعد تناوُلهم للماريجوانا بشكل مستقل في منازلهم يتيحان للمختبر إجراء أبحاث محكمة قدر المستطاع مع الالتزام في الوقت نفسه بالقوانين والضوابط السارية.

مثال آخر على المختبرات البحثية الجوالة هو مركبة «مافريك» MAVERICK (المركبة الجوالة لدعم البحوث والنهوض بالمعارف المحلية Mobile Acces Vehicle Enhancing Research and Inspiring Community Knowledge)، وهي حافلة تتبع معهد ويست فرجينيا للبحوث التطبيقية والإكلينكية في مدينة مورجانتاون الأمريكية، دُشنت خصيصًا لزيارة المناطق الريفية على مستوى ولاية فرجينيا الغربية بهدف إجراء التجارب الإكلينيكية واستيعاب مزيد من الأطياف البشرية في الأبحاث الإكلينيكية ومد نطاقها ليشمل المجتمعات السكانية النائية.

أما في رورتردام في هولندا، فنجد حافلة «صوفيا» Sophia التابعة لـ«مستشفى صوفيا للأطفال» Sophia Children's Hospital، وتهدف إلى جعل الدراسات على الأطفال تجربة أقل إثارة للرهبة لهم. حول ذلك، يقول كاميل هيرالال، وهو طالب دكتوراه في قسم طب نفس الأطفال التابع للمستشفى، وأحد منسقي العمل على متن الحافلة: "لا يزال الأطفال يجدون الذهاب إلى المستشفيات للخضوع لأبحاث بها تجربة مخيفة. وهذه الحافلة تخفف من رهبة هذا الموقف بعض الشيء".

وبمد رقعة المساحة التي تغطيها أنشطة هذه الحافلة، تصبح عينة المشاركين المؤهلين للخضوع للتجارب أكثر اتساعًا لاستيعاب أطياف شتى.  وهو ما يوضحه هيرالال بقوله: "على الصعيد البحثي، بات بإمكان أبحاثنا أن تشمل مزيدًا من الأطفال، لأنها صارت تتسع لضم أشخاص من مناطق أبعد. واليوم، يمكننا أن نبدأ التجوُل قليلًا في البلد، ما يجعل عينة المشاركين لدينا عادةً أوسع نطاقًا".

على أن المختبرات الجوالة لا تُحمل بالضرورة على متن المركبات. على سبيل المثال، «شبكة المختبرات الجوالة لمجتمعات شرق إفريقيا» The East African Community mobile laboratory network 4 تساعد في كبح انتشار الفاشيات المُمرِضة، وهي تتألف من مختبرات كائنة في وحدات صندوقية، يمكن إنشاؤها ونشرها على امتداد الدول العضوة في الشبكة.

قيود تشغيلية

صحيح أن المختبرات الجوالة تيسر بعض جوانب الأبحاث العلمية وتضفي المزيد من الوحدة على ممارساتها، إلا أنها تأتي مصحوبة بجملة من التحديات.

ما يؤكد عليه دي كارلو قائلًا: "نجاحها في مهمتها مُجز حقًا. لكن عندما يطرأ عطل في جزء من المختبر الجوال، يتعين عليك عندئذ فصل هذا الجزء وتفكيكه، ثم تركيبه مجددًا في متن المختبر، وهذا يضفي صعوبة على مهام الصيانة العادية".

كما أن لاستخدام المختبرات الجوالة اعتبارات خاصة ولوجستية، تختلف عنها في حال المختبرات الثابتة. "أولها هو منطقة ركن المختبر الجوال"، بتعبير لايش، الذي يضيف قائلًا عن مختبره الجوال: "نحتاج إلى باحة لركن مقطورة تزن فعليًا 25 طنًا، ويبلغ طولها 12 مترًا". كذلك ينبغي أن تكون منطقة الركن على أرض مستوية، لصف جميع معدات المختبر في وضع معتدل.

ثم تظهر المشكلات المرتبطة بتشغيل المختبر. «المختبر الجوال المتقدم» الذي أسلفنا الإشارة إليه، يحصل على إمداداته من الطاقة والماء من الشبكات المحلية. لذا، يتعين على فريق العمل به قبل التوجه من مكان لآخر ضمان توفر وسيلة للحصول على هذين الموردين. أما المختبرات الجوالة الأخرى، فتعتمد على مولدات أو على الطاقة الشمسية لتزويد معداتها بالطاقة في أثناء التجوال. غير أن المعدات قد تبعث حرارة، ما يجعل المختبر الجوال بحاجة إلى آلية تبريد.

كذلك قد يواجه هذا النوع من المختبرات عوائق أو طرق وعرة تتطلب الإبطاء من سرعته لدى قيادته. على سبيل المثال، يسرد جيو كيف أنه استغرق مع فريقه يومين للوصول إلى موقع يقع على مبعدة مائتي كيلومتر من مدينة ليما في مدينة كارال، لأنه كان عليهم القيادة ببطء شديد لحفظ جميع المعدات.

كذلك قد تؤثر أحوال الطقس على جمع البيانات في هذه المختبرات. مثلًا، يسرد هيرالال واقعة كتلك في حافلة «صوفيا»، قائلًا: "كان كل شيء يسير على ما يرام، إلى أن هبت عاصفة بالخارج.  ولأن الطفل [الذي كانت تُجمع بياناته] شعر بشيء من التوتر، لم يعد بالإمكان تقييم حالته بشكل صحيح".

ومن التحديات أيضًا، منع اكتظاظ المختبر، والإبقاء على سلاسة سير العمل به. فيقول دي كارلو: "تمكين الطاقم من إدارة كل شي بالمختبر يبقى من الصعوبة بمكان. فثمة الكثير من المعدات في مساحة صغيرة، وتحتاج إلى أن يكون الطاقم لديك قادرًا على تشغيل جميع المعدات وتحليل قدر هائل من البيانات". وكثير من هذه المختبرات الجوالة يكون مخصصًا لأغراض البحث العلمي فقط؛ فيتبع الباحثون المختبر الجوال في سياراتهم وإذا امتدت الرحلة إلى اليوم التالي، ينامون في مكان آخر. لكن حتى عندما لا يتشارك أفراد الفريق البحثي دائمًا مساحة المختبر الضيقة، قد تكون هناك أحيان يكتظ فيها المختبر. على سبيل المثال، يقول لايش، أنه عند تصميم «المختبر الجوال المتقدم» كان من الضروري ضمان أن بإمكانه استيعاب عدة علماء في آن واحد، وأن المعدات متراصة على نحو يدعم كفاءة سير العمل.

فحياة العمل في شاحنة، شأنها شأن جانب كبير من البحث العلمي الميداني، تتطلب مرونة. مثلًا، عندما "حالف الحظ" فينسنت وفريقها البحثي في مدينة تالين في إستونيا، حيث صادفوا ضربًا لم يُرصد قط من التكافل البيولوجي يسهم فيه نوع معين من الطحالب، عزمت فينسنت على تحقيق أقصى استفادة من هذه الفرصة بأن دعت كافة أفراد الطاقم البحثي إلى العمل معًا لوقت إضافي لجمع أكبر قدر من العينات. وتعلل لقرارها ذلك قائلة: "توفرت لدينا الظاهرة البيولوجية، والأسئلة البحثية، والمعدات. "وفرص كتلك لا تأتي معًا طوال الوقت".

اعتبارات تجب مراعاتها عند تأسيس مختبر جوال

من الضرورة بمكان استخدام معدات خفيفة قدر الإمكان عندما تكون المساحة محدودة. اختار فريق جيو المعدات الأهم لاستخراج الحمض النووي القديم لتكون في الشاحنة. أما دي كارلو، فيقول إنه اختار مع فريقه البحثي المعدات الأكثر دقة القادرة على أخذ القياسات بسرعة.

ويضيف حول ذلك: "كلما زاد ما يمكن لهذه المعدات قياسه، كان هذا أفضل. لذا، تقيس كثير من أجهزة قياس الطيف الكتلي لدينا مستويات العديد من الملوثات في آن واحد، لتغطي بذلك احتياجاتنا في العديد من المسائل البحثية التي تهمنا".

وقد اتبع لايش وفريق تصميم «المختبر الجوال المتقدم» توجيهات مماثلة عند بناء المختبر. ما يوضحه بقوله: "كانت ضرورة المهمة الميدانية من المبادئ الحاكمة لتصميم المركبة. على سبيل المثال، ما لم يكن تعيين التسلسل الجيني مفيدًا لتجاربي الميدانية، فلا حاجة بي لإجرائه".

أيضًا يساعد وجود وسيلة لتثبيت المعدات في المركبة في التخفيف من وطأة مشكلات واردة الحدوث. فنجد أن «المختبر الجوال المتقدم» قد زُود في تصميمه بالعديد من السيور والبراغي لتسافر المعدات بأمان على متن المركبة، دون الحاجة إلى تفكيكها وتركيبها.

وحال إجراء الأبحاث على عينات بشرية، من الأهمية بمكان مراعاة احتياجات المجموعات السكانية المشاركة في أبحاثك. من هنا، ثبَّت الفريق البحثي في «مافريك» مظلة حاجبة للشمس في مركبة المختبر، يمكن عندها للفريق لقاء المارة المهتمين بالتجارب ممن قد يشاركون في استبيانات، وذلك لجعل التجارب الإكلينيكية أكثر تشويقًا وملاءمة في المجتمعات المحلية. 

أما فريق «المختبر الجوال المتقدم»، فقد بدأ بالفعل يتطلع إلى المستقبل. في يوليو المقبل، ستمتد أسفاره الجريئة إلى جامعة فيجو في إسبانيا، لجمع البيانات هناك. وفي الوقت الحالي، يعكف الفريق على توسعة المختبر، ليمكن لائتلاف من الباحثين أو جهات التعاوُن البحثي استخدامه.

وتتطلع فينسنت إلى مستقبل المختبر، الذي يعمل طاقمه على إصدار مسودة بحثية تصف الاكتشاف "المفاجئ" الذي وقع عليه في إستونيا.  فتقول فينسنت أثناء عرض مقطع فيديو لاكتشافها: "نجري تحليلات فائقة الدقة لا تجرى عادة سوى في منظومات النماذج المختبرية، إلا أننا نجريها على عينات طبيعية. وهذا منتهى طموحاتي كعالمة متخصصة في دراسة الأحياء البحرية".

^{هذه ترجمة المقال الإنجليزي المنشور في دورية Nature بتاريخ 20 يناير عام 2025.}

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.