البحث الذي أجرته البروفيسور شارون ووكر من كاليفورنيا، والذي يدرس كيفية التصاق البكتيريا والجزيئات الأخرى الموجودة في الماء على الأسطح، أوصلها إلى معهد زوكربيرج لأبحاث المياه في سدي بوكر
بواسطة إيتان كرين
البروفيسور شارون ووكر، من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد، يبتسم للسؤال المعتاد الذي أطرحه عليها، وتكرر وتؤكد للمرة الألف أن نوعية المياه في إسرائيل ممتازة وأنها تشرب ماء الصنبور دون خوف. "في نهاية المطاف، العلماء والمهندسون في إسرائيل هم من بين الأفضل في العالم في مجال جودة المياه وتحلية المياه." وهذا هو بالضبط سبب وجودها هنا، في سنة إجازة كجزء من برنامج فولبرايت الأمريكي لتبادل المحاضرين والطلاب (تتم إدارة مشاركة إسرائيل في هذا البرنامج من قبل مؤسسة التعليم الأمريكية الإسرائيلية). وبحسب ووكر، تعد إسرائيل واحدة من الدول الأربع الرائدة في هذا المجال إلى جانب هولندا والسويد والولايات المتحدة الأمريكية.
تركز ووكر بحثها على الآليات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية التي تسبب التصاق الجزيئات المسببة للمشاكل في الماء، سواء كانت طبيعية أو من صنع الإنسان، بالأسطح، وهي مسألة ذات أهمية بالغة عندما تريد تصفية المياه وإزالة هذه الجزيئات. كان التركيز الرئيسي لعملها حتى الآن على البكتيريا المسببة للأمراض، مثل السالمونيلا والإشريكية القولونية، والتي تخضع للمراقبة المستمرة من قبل سلطات المياه. تحدد آليات الالتصاق ما إذا كانت الجزيئات ستبقى في الماء أم ستلتصق بالأسطح. تتأثر قدرة البكتيريا على الالتصاق بعدة عوامل متنوعة: حيث تمنح البيولوجيا البكتيريا طبقة من البوليمرات الشبيهة بالشعر التي تسمح لها بالالتصاق. يقول ووكر إن البكتيريا متطورة للغاية، وفي بعض الأحيان تكون قادرة على اختيار ما إذا كانت ستلتصق أم لا اعتمادًا على العناصر الغذائية الموجودة على السطح - ولكن كما يتضح لاحقًا في المحادثة، فإن الاختيار ليس في أيديهم دائمًا.
من الناحية الفيزيائية، من المهم تحديد تأثير عوامل مثل سرعة تدفق المياه ودرجة الخلط وخشونة السطح. إن كيمياء السطح مهمة جدًا بالطبع، حيث تفضل البكتيريا الالتصاق بمجموعات كيميائية معينة، مثل الأكاسيد الموجودة على سطح المعادن. تكوين الأيونات الذائبة في الماء مهم جدًا أيضًا. تساهم التركيزات المختلفة من الكالسيوم والصوديوم والكلور والأيونات الأخرى في التفاعلات الكيميائية مع السطح. وتؤكد ووكر أنه بالنسبة لها ليس من المهم ما إذا كان هناك متغير معين يساعد البكتيريا على الإصابة بالعدوى أو يتسبب في رفضها من السطح، المهم هو الفهم ذاته لتأثير العوامل المختلفة، وهو الفهم الذي من شأنه تحسين حياتنا. القدرة على القضاء عليهم.
إن تصميم مواد جديدة تسمح للبكتيريا بالامتصاص هو مجال نشاط العديد من الباحثين في معهد زوكربيرج لأبحاث المياه، لأن الأغشية تلعب دورا أساسيا في تحلية المياه. ويهتم الباحثون بمنع التصاق البكتيريا بالأغشية قدر الإمكان لمنع تكون اللويحة البيولوجية التي تسدها عادة. يعد هذا النشاط، الذي يجري في معهد زوكربيرج، أحد الأمثلة على تطبيق نتائج بحث ووكر. في الواقع، إحدى الدراسات التي كان ووكر شريكًا فيها في إسرائيل، والتي تم نشرها بالفعل في مجلة لانجميور المرموقة التي تغطي الأبحاث السطحية، تتناول منع التصاق البكتيريا باستخدام جزيء يمتص على السطح، ويغير خصائصها الكيميائية و يجعلها غير مشحونة ومسعور. يقول الدكتور موشيه هيرزبيرج، زميل ووكر الإسرائيلي ومضيفها الأكاديمي، إن هذا الجزيء لا يمنع العدوى فحسب، بل يعطل أيضًا قدرة البكتيريا على استشعار النصاب ويمنعها من تكوين اللويحة.
تؤكد هذه المقالة على الاستنتاج الرئيسي الناتج عن أعمال ووكر: إن أهم العوامل في التصاق البكتيريا ليست العوامل البيولوجية بل العوامل الكيميائية الفيزيائية، وخاصة القوى الكهروستاتيكية. ويوضح ووكر أن البكتيريا مغطاة ببوليمرات بروتينية، والتي في ظل الظروف الكيميائية للمياه تكون دائمًا مشحونة بشكل سلبي. سوف تنجذب هذه البكتيريا إلى الأسطح المشحونة إيجابيًا، وستزداد قوة هذه القوى مع زيادة ملوحة الماء. في المياه العذبة، القوى الأقوى هي في الواقع قوى تنافر. يتناقض هذا الاستنتاج إلى حد ما مع الادعاء الشائع بأن البكتيريا تلتصق بالأسطح للحصول على المزيد من العناصر الغذائية. "لكن في بعض الأحيان تكون القوى الكهربائية قوية جدًا لدرجة أنها تتسبب في إصابة البكتيريا أو رفضها لمجرد أن هذه هي القوى المؤثرة. يقول ووكر: "تمامًا كما نتشبث بوجه الأرض، سواء أحببنا ذلك أم لا".
كما ذكرنا، بدأ ووكر مؤخرًا في البحث عن جسيمات جديدة، وهي جسيمات نانوية غير بيولوجية، آثارها السامة غير معروفة ويشعر المجتمع الطبي بالقلق بشأنها. توصل ووكر إلى استنتاج مفاده أن العوامل التي تؤثر على التصاق هذه الجزيئات لا تختلف جوهريًا عن القوى المؤثرة على البكتيريا. ويوضح ووكر أن السبب وراء بدء البحث حول هذا الموضوع هو الزيادة المستمرة في تركيز الجسيمات النانوية في الماء بسبب إدخالها في المنتجات الاستهلاكية مثل معجون الأسنان، والقلق المتزايد بشأن تأثيرها. وتقول أيضًا إنه في الآونة الأخيرة فقط تم تطوير الأدوات التي تسمح بدراسة الجسيمات النانوية في الماء. يعلق ووكر علامات فسفورية على الجسيمات أو البكتيريا أو الجسيمات النانوية، ويراقبها تحت المجهر تحت ظروف مختلفة، كما هو الحال في خلية التدفق، لتحديد معدل ارتباطها بالأسطح كميًا.
إن أبحاث شارون ووكر هي بالفعل في مجال العلوم البحتة، ولكن آثارها العملية واضحة. وهي تعمل بالتعاون مع خبراء وزارة الزراعة الأمريكية في مرافق الاختبار الخاصة بهم لفحص كيفية تحسين لوائح جودة المياه. خلال إقامتها في سدي بوكر، تمكنت ووكر من إطلاق والموافقة على برنامج للتعاون بين جامعة بن غوريون في النقب وبين وزارة الزراعة الأمريكية وجامعة ريفرسايد لتبادل الباحثين.
بالنسبة لشارون ووكر، من المهم جدًا تشجيع المراهقين، وخاصة الفتيات، على دراسة العلوم والهندسة. وهي نشطة في العديد من المنظمات الوطنية في الولايات المتحدة التي تعمل على زيادة الحصة النسبية للنساء في الأبحاث. في كل عام، تأتي ما بين 500 إلى 1000 فتاة صغيرة، من الصف الأول إلى المدرسة الثانوية، إلى حرم جامعة ريفرسايد لكسر الصور النمطية ورؤية أن الهندسة ليست مجرد مهنة للأولاد. يقول ووكر: "أنا قلق للغاية من عدم وجود عدد كافٍ من المهندسين في المستقبل". "لهذا السبب من المهم جدًا بذل الجهد لتشجيع الفتيات على تعلم هذه المواضيع." ننهي المحادثة بسؤال عادة ما تتحدى ووكر الأطفال الصغار الذين تلتقي بهم: "ما هي الأشياء التي قمت بها اليوم والتي لم تتضمن عمل العلماء والمهندسين؟"
الدكتور إيتان كرين هو المحرر العلمي العملي لمجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل ورئيس برنامج الثقافة والعلوم في همدا (www.hemda.org.il/culture). أجريت المقابلة بمساعدة مؤسسة فولبرايت.
تأسس معهد زوكربيرج لأبحاث المياه في عام 2002 كجزء من معهد يعقوب بلوستين لأبحاث الصحراء في حرم سدي بوكر بجامعة بن غوريون في النقب. يجمع المعهد جوانب مختلفة من أبحاث المياه، بدءًا من تقنيات استخراج المياه الجوفية وتحلية المياه إلى الدراسات في مجال الهيدرولوجيا البيئية وعلم الأحياء المائية والكيمياء الهيدروكيميائية والاقتصاد وإدارة الموارد المائية. يركز المعهد بشكل خاص على البحث وتطوير مصادر المياه في المناطق القاحلة بشكل عام وفي إسرائيل والشرق الأوسط بشكل خاص. يدير المعهد أيضًا برنامجًا دراسيًا في الهيدرولوجيا وهندسة المياه وإدارة الموارد المائية لتلبية الطلب المتزايد على المتخصصين في هذا المجال.
