«كاوست» تواجه انتشار فايروس كورونا بأبحاث دقيقة

حرصت جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) على دعم الجهود المحلية والعالمية في مواجهة التحديات العلمية العالمية الخاصة بانتشار فايروس كورونا. وبناء على طلب رئيس الجامعة توني تشان، بالتنسيق مع نائب رئيس كاوست للأبحاث الدكتور دونال برادلي، وعميد قسم العلوم والهندسة البيولوجية والبيئية في كاوست البروفيسور بيار ماجستريتي، سخرت الجامعة قدرات باحثيها وعلمائها للمساعدة في مواجهة جائحة فايروس كورونا (Covid-19)، إذ تم تشكيل مجموعة من أعضاء هيئة التعليم والطلبة في كاوست، تحت مسمى «فريق عمل كاوست للاستجابة البحثية السريعة» (Rapid Research Response Team (R3T)، للتعاون ودعم المعنيين بالرعاية الصحية في المملكة، لمكافحة انتشار فايروس كورونا (COVID-19). تتركز جهود فريق العمل على تطوير وسائل تشخيص سريعة، والتحليل الجينومي للفايروس والأدوات المعلوماتية الحيوية، للمساعدة في تتبع انتشار المرض وتطوره. تعتمد هذه الجهود على المشاريع البحثية والكفاءات، التي تبلورت على مر السنين في (كاوست). كما أنها جزء من مبادرة الصحة الذكية، التي تم إنشاؤها في الفترة الأخيرة، لتنفيذ مشاريع بحثية مشتركة مع المراكز الطبية في المملكة. ومنذ البداية، كان عدد من أعضاء هيئة التدريس في (كاوست) والمجموعة، على تواصل وثيق مع المركز الوطني للوقاية من الأمراض ومكافحتها (وقاية)، ووزارة الصحة، لتنسيق الجهود التي من شأنها ضمان اختبارات تشخيصية سريعة وموثوقة، مع تزايد الطلب على هذه الاختبارات في المملكة وعالميا. وتهدف الجهود الأولية للمجموعة إلى تحسين الاختبارات الحالية وزيادة كفاءة الأدوات والمواد الموجودة والمستخدمة دون المساومة على موثوقيتها. كما يقوم فريق العمل بمراقبة التطورات في المختبرات الأكاديمية والتقنية الحيوية العالمية. حيث تعاون الفريق مع جامعة أكسفورد لتنفيذ اختبار جديد، من شأنه أن يبسّط إلى حد كبير عملية الكشف عن الفايروسات.
مو لي: شحن عينات سريرية في المختبرات المركزية لاختبار فايروس كورونا
يعمل مختبر مو لي على تطوير أداة فائقة الحساسية والدقة، يمكن نشرها في الميدان للكشف السريع القائم على تسلسل فايروس كورونا 2؛ المرتبط بالمتلازمة التنفسية الحادة الشديدة (SARS-CoV2). وتستطيع الأداة التقاط مقاطع متعددة من الجينوم الفايروسي، الذي يحتوي على طفرات متكررة عن طريق تقنيات البيولوجيا الجزيئية، ومن ثم تسلسلها على جهاز تسلسلي بحجم الجيب، يسمى أكسفورد نانوبور ميني أيون (Oxford Nanopore minION). ويمكن للأداة تسلسل آلاف العينات بالتوازي في غضون ساعات، مع تحليل البيانات باستخدام قاعدة بيانات معلوماتية حيوية، تم تطويرها في مختبر لي للكشف عن الفايروس والإبلاغ عن تسلسله. ويمكن تنفيذ كل ذلك بالكامل، من خلال أداة تتسع داخل حقيبة ملفات. حالياً، يتم شحن العينات السريرية إلى المختبرات المركزية لاختبار فايروس كورونا (COVID-19). الأمر الذي يتطلب فترة زمنية طويلة، ويحول دون الوصول إلى المناطق الريفية وزيادة احتمالية الحد من سلامة العينات أثناء الشحن. ويمكن لهذه الطريقة الجديدة، بمجرد التحقق من صحتها بالعينات السريرية، أن تساعد في عملية التشخيص السريع ونقاط التوثيق السريرية، وزيادة تسجيلات بيانات الطفرة الفايروسية بشكل كبير، لتسهيل الدراسات الوبائية لفايروس كورونا، وتتبع الظهور المحتمل لسلالات أكثر ضراوة من الفايروس.
مجدي محفوظ: القياس اللوني السريع للكشف عن «Covid-19»
يعمل البروفيسور مجدي محفوظ على تطوير أداة بسيطة ودقيقة تستخدم في نقاط التوثيق السريري، وتسمح بالكشف على الأشخاص في أي بيئة وجدوا. وتقوم هذه التقنية على استهداف الحمض النووي الريبوزي الخاص بفايروس كورونا 2 المرتبط بالمتلازمة التنفسية الحادة الشديدة (SARS-CoV2)، وتحويل جزء محدد من الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى جزيئات من الحمض النووي (DNA)، عن طريق النسخ العكسي (reverse transcription). ومن ثم يتم تضخيم هذه الجزيئات على درجة حرارة واحدة لا تتطلب دورات تسخين وتبريد متتالية، خلال ساعة واحدة فقط باستخدام آلة بسيطة محمولة. إذا كانت نتيجة العينة إيجابية، فستؤدي إلى تغيير اللون الذي يمكن رؤيته بالعين المجردة. ستساهم أداة الاختبار البصرية هذه، التي تعتمد على تغير الألوان في عملية رصد فايروس كورونا في الأشخاص، إلى مسح أعداد كبيرة من السكان في فترة زمنية قصيرة. كما تعمل مجموعة البروفيسور محفوظ على تطوير إصدارات أخرى من منصات التشخيص، مستخدمة المبدأ نفسه، إلى جانب أنزيمات التكرارات العنقودية المتناظرة القصيرة منتظمة التباعد (CRISPR)، التي يمكن استخدامها في المنزل أو نقاط الكشف السريرية، والتي تشبه شرائط اختبار الحمل وأجهزة استشعار مستوى السكر في الدم. وقد تساهم هذه الجهود في التغلب على التحدي الحالي، المتمثل في الكشف عن فايروس كورونا على نطاق واسع وفي وقت قصير، لإدارة الأمراض والسيطرة عليها بشكل فعال.
سمير حمدان: إنتاج أنزيمات مؤتلفة في التطبيقات الطبية الحيوية
تعمل مجموعة البروفيسور سمير حمدان على حل موضعي يتمثل بتطوير قاعدة من المواد المستخدمة في الطب الحيوي والتطبيقات المخبرية السريرية. وأوجدت جائحة فايروس كورونا تحدياً حقيقياً للعالم بأكمله، يتمثل بالقدرة على توفير المواد والأدوات التشخصية. هذه الحالة التاريخية، دفعت شركات التقنيات الحيوية إلى حدود قدراتها للحفاظ على التزاماتها تجاه الطلب المتزايد لمنتجاتها، الأمر الذي يهدد استمرارية سلسلة التوريد بأكملها لمختلف المواد الكيميائية اللازمة لإنتاج أدوات التشخيص القائمة والجديدة. تتطلب معظم الأدوات التشخيصية المستخدمة أنزيمات النسخ العكسي (reverse transcriptases) وأنزيم الحمض النووي المساعد (DNA polymerase)، لتضخيم الحمض النووي الريبي الجيني الفايروسي، إلى مستويات يمكن اكتشافها من خلال تقنيات متنوعة. من غير المعروف إلى متى ستتمكن المختبرات وشركات التقنيات الحيوية من دعم خطوط إنتاج هذه الإنزيمات، وغيرها من الكواشف الأخرى في أدوات التشخيص، التي يتزايد الطلب عليها حول العالم. على مدى عدة سنوات، نجحت مجموعة البروفيسور حمدان في إنشاء عملية إنتاج معتمدة لبوليميرازات الحمض النووي في مختبرها،
وبدأت العمل على إنتاج إنزيمات النسخ العكسي. وتهدف أعمال هذه المجموعة إلى تلبية احتياجات المملكة لهذه الأنزيمات. وسجلت المجموعة براءة اختراع لبوليميرازات الحمض النووي، التي أنتجتها في مختبرات (كاوست) من الكائنات الحية الدقيقة في البحر الأحمر، التي يمكن أن تعمل في ظل ظروف قاسية، وستستخدم المجموعة هذه الأنزيمات لتطوير أدوات كشف جديدة.
كما ستستخدم المجموعة مواردها وخبراتها في مضاعفة الحمض النووي وإصلاحه، وفي الكشف الفلوري عن طريق ربط البروتين بالأحماض النووية، لتطوير فحوصات سريعة تستند على الكشف عن فايروس كورونا (COVID-19).
أرناب باين: تحديد التوقيع الجيني العالمي ل «SARS-CoV2»
استطاعت مجموعة البروفيسور أرناب باين، بالتعاون مع وزارة الصحة السعودية والمركز الوطني للوقاية من الأمراض ومكافحتها (وقاية) وغيرها من الهيئات الحكومية المختصة، من استخدم تسلسل جينوم فايروس كورونا من الأفراد المصابين بالفايروس، لتحليل جينومات فايروسات كورونا 2 المرتبط بالمتلازمة التنفسية الحادة الشديدة المنتشرة في المملكة.
ومن ثم تقوم المجموعة بتحليل هذه التسلسلات ومقارنتها في سياق عالمي من خلال استخدام التحليل المعلوماتي الحيوي (bioinformatic analysis) لمجموعات البيانات. وطورت المجموعة شريط تشفير جيني (genetic barcode) لعائلة فايروسات كورونا 2 المرتبطة بالمتلازمة التنفسية الحادة الشديدة (SARS-CoV2)، من خلال تتبع الطفرات في مادتهم الجينية بشكل منهجي مع مرور الوقت، منذ بدء جائحة فايروس كورونا. يمكن أن يوفر الترميز الجيني طريقة لتتبع كيفية انتقال هذه الفايروسات من شخص إلى آخر،
واكتشاف ما إذا كانت هناك حالات من الخارج (مستوردة)، ومراقبة فعالية مكافحة الفايروسات، أو تدابير الاحتواء الأخرى التي تتخذها جهات الرعاية الصحية. ويسمح الجمع بين بيانات الجينوم والبيانات الوصفية السريرية، بتحديد السمات الجينية لسلالات الفايروس، التي تجعلها أكثر ضراوة أو قابلة للانتقال.
بالتعاون مع زملاء آخرين في (كاوست)، يعمل فريق باين أيضاً على:
• الاستفادة من تقنيات الكشف القائمة على الحمض النووي (المواد الوراثية) للكشف المبكر عن الفايروس في سوائل الجسم.
• المقارنة المعيارية لتقنيات الكشف الحالية المستندة على الحمض النووي (المادة الوراثية).
• تطوير أدوات تصور الجينوم لفهم الوباء من منظور علم الوراثة.
تشين جاو: كشف وتجزئة وتصنيف «كورونا» بالأشعة المقطعية
تعمل مجموعة البروفيسور تشين جاو على تطوير نظام تشخيص بمساعدة الكمبيوتر (CAD)، يستخدم الذكاء الاصطناعي في عملية الكشف على مرضى فايروس كورونا في المراحل الأولى من إصابتهم، وتصنيف مرحلة المرض، وتجزئة العدوى وتحديد مناطق الإصابة. وأظهرت تجربة الأطباء الذين يحاربون فايروس كورونا في جميع أنحاء العالم، أن الاعتماد فقط على الحمض النووي، أو الكشف عن الأجسام المضادة للفايروس، ليس جديراً بالثقة تماماً ويمكن أن يؤدي إلى اكتشافات مفقودة. الأمر الذي أصبح يشكل تهديداً كبيراً للمجتمع العالمي. لذلك تم استخدام التصوير المقطعي المحوسب، باعتباره تقنية تصوير طبية حيوية حساسة، يمكن الوصول إليها بسهولة وبشكل روتيني، كأحد معايير التشخيص الرئيسية، بالإضافة إلى الكشف عن الحمض النووي. تتباين صور الأشعة المقطعية للمرضى، في المراحل المختلفة من المرض. ففي حين يعاني المصابون بالفايروس في المرحلتين المتوسطة والمتقدمة من أعراض المرض، يمكن لأطباء الأشعة التعرف بسهولة على صور الأشعة المقطعية الخاصة بهم. ومع ذلك، في كثير من الأحيان تتطلب المرحلة المبكرة مستوى عالياً من المعرفة والخبرة من الخبراء للتمييز. في الواقع، يمكن أن تبدو صور الأشعة المقطعية للمرحلة المبكرة من مرضى فايروس كورونا مشابهة جدًا للمرضى الآخرين المصابين بعدوى الرئة، مثل الالتهاب الرئوي والتسمم بأول أكسيد الكربون. بالإضافة إلى ذلك، فقد ثبت أن تحديد منطقة العدوى من صور الأشعة المقطعية مهم جداً لمعرفة المرض وعلاجه. يهدف جاو إلى مساعدة الأطباء والأخصائيين السعوديين على تحليل المرضى وتشخيصهم بكفاءة أكبر، وتوفير إرشادات العلاج المناسبة لهم.
غوجوبوري: الاستفادة من الأدوات الحسابية لتطوير دواء ل«كورونا»
يعمل تاكاشي غوجوبوري وأعضاء هيئة التدريس في مركز أبحاث العلوم الحيوية الحاسوبية (CBRC) في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست)، على تحليلات جينومية لفايروس كورونا 2 المرتبط بالمتلازمة التنفسية الحادة الشديدة (SARS-CoV2)، لتحديد الأدوية المحتملة (الجزيئات الجديدة وإعادة استخدامها)، والأهداف العلاجية التي سيتم استخدامها ضد الفايروس. بالتعاون الوثيق مع هيئات الرعاية الصحية داخل المملكة، بما في ذلك وزارة الصحة والمركز الوطني للوقاية من الأمراض ومكافحتها (وقاية)، يعمل فريق العمل على تطوير حلول حسابية لتوفير مراقبة لانتشار الفايروس ومعدل طفرته. كما يساعد مركز أبحاث العلوم الحيوية الحاسوبية (CBRC) على بناء القدرات، وتدريب طاقم البحث في المؤسسات الأخرى داخل المملكة، لدعم جهودهم في التشخيص وتسلسل الجينوم.
شارلوت هاوزر: استخدام التشخيص المناعي في الكشف عن «كورونا»
تعمل البروفيسورة شارلوت هاوزر على تطوير اختبارات كشف موثوقة وقوية وبسيطة وفعالة من حيث التكلفة لفايروس كورونا. تعتبر الاختبارات التشخيصية المناعية تدابير مفيدة لكشف وإدارة والسيطرة على الانتشار المتزايد لفايروس كورونا 2 المرتبط بالمتلازمة التنفسية الحادة الشديدة (SARS-CoV2). وتستخدم هذه الاختبارات تقنية تسمى مقايسة امتصاصية مناعية للأنزيم المرتبط أو الإلايزا (ELISA)، التي تقوم على الاختبارات المصلية للتعرف على الأجسام المضادة، التي يسببها فايروس كورونا 2 المرتبط بالمتلازمة التنفسية الحادة الشديدة (SARS-CoV2)، أو الكشف عن الفايروس نفسه. ويستخدم الاختبار قطرات دم صغيرة لاختبار الأجسام المضادة الموجودة داخل الأفراد، لمراقبة ما إذا كان الشخص مصاباً أو حاملاً للفايروس.
ويمكن أن تساعد هذه الاختبارات أيضاً في تحديد الأشخاص الذين يحملون أجساماً مضادة ضد فايروس كورونا 2 المرتبط بالمتلازمة التنفسية الحادة الشديدة (SARS-CoV2) والذين قد يكونون محصنين ضد فايروس كورونا (COVID-19). يدعم الاختبار مراقبة انتشار الفايروس، وتتبع انتشاره والأشخاص المعرضين للخطر. ومن خلال تحديد المرضى المحصنين والمستعدين للتبرع بمصل الدم، سيتمكّن الأطباء من الحصول على علاجات المناعة والتحصين للأشخاص المصابين بفايروس كورونا 2 المرتبط بالمتلازمة التنفسية الحادة الشديدة (SARS-CoV2) في متناول اليد. يمكن استخدام الاختبار أيضاً لتحصين أفراد الطاقم الطبي الأكثر عرضة للخطر ضد العدوى الفايروسية المحتملة في المستقبل.
ومن المزمع استخدام اختبارات وخز الإصبع البسيطة أو أدوات القياس (dipsticks) أو أجهزة التدفق الجانبي المشابهة لتلك المستخدمة في مراقبة مستوى السكر في الدم أو بدايات الحمل، نظراً لكونها مجموعات تشخيص سريعة وغير مكلفة وسهلة الاستخدام. وستكون هذه الأدوات مفيدة للاختبار الميداني السريع، وفي المناطق التي تكون فيها البنية التحتية والموارد والخبرات محدودة.