وسولود پاوشینتسف، دانشجوی دکترای زیستشناسی و دانشیار مؤسسه بومشناسی دانشگاه رودن، در حال توسعه روشی نوآورانه برای ارزیابی وضعیت آبهای شیرین با استفاده از ماهی زبرا و هوش مصنوعی است. این پروژه که با کمک هزینه دانشگاهی پشتیبانی میشود، قصد دارد فراتر از تجزیه و تحلیل شیمیایی ساده آب، به درک چگونگی تأثیر آلایندهها بر موجودات زنده بپردازد.
مشکل بومشناسی مدرن این است که روشهای استاندارد میتوانند ردپای آنتیبیوتیکها، هورمونها یا آفتکشها را در آب تشخیص دهند، اما چگونگی تأثیر این مواد بر گیاهان و جانوران را آشکار نمیکنند. راهحلی که وسولود ویاچسلاوویچ در حال توسعه آن است، از یک موجود زنده به عنوان یک حسگر زیستی حساس استفاده میکند.
وسولود پاوشینتسف میگوید: «به زبان ساده، این پروژه یک سیستم «آزمایش آب زنده» ایجاد میکند: ما آب را از یک مخزن برمیداریم، آن را در معرض یک موجود زنده مدل قرار میدهیم و نه تنها ترکیب شیمیایی، بلکه پاسخ بیولوژیکی – رفتار، استرس و تغییرات مولکولی – را نیز ارزیابی میکنیم . »
این چطور کار میکند؟
در طول این مطالعه، دانشمندان با استفاده از سیستمهای ردیابی ویدیویی، رفتار ماهی Danio rerio را زیر نظر داشتند. هوش مصنوعی حتی کوچکترین تغییرات را نیز تشخیص میدهد: کاهش فعالیت، الگوهای حرکتی غیرمعمول و افزایش اضطراب.
وسولود پاوشینتسف میگوید: «نکته جدید این است که این روش چندین سطح را به طور همزمان ترکیب میکند: ردیابی ویدیویی رفتاری مبتنی بر هوش مصنوعی، نشانگرهای بیوشیمیایی (به عنوان مثال، استرس اکسیداتیو)، بیان ژنهای مرتبط با فرآیندهای سمی در بدن و به طور بالقوه، میکروبیوم روده . »
تمام دادهها در یک «پروفایل پاسخ» دیجیتالی ترکیب میشوند که نه تنها آلودگی را شناسایی میکند، بلکه ماهیت آن را نیز تعیین میکند – اینکه آیا سمی، هورمونی یا عصبی است. به عنوان مثال، وقتی ماهیها در معرض مواد شبه هورمونی قرار میگیرند، ممکن است فعالیت کمتری داشته باشند، بیشتر اوقات خشکشان بزند و از مناطق روشن اجتناب کنند.
وسولود پاوشینتسف میگوید: «ما از ماهی زبرا استفاده میکنیم زیرا آنها یکی از محبوبترین ارگانیسمهای مدل در زیستشناسی امروز هستند که از نظر اهمیت با موشها و موشهای صحرایی قابل مقایسهاند. مزایای آنها شامل حساسیت بالا به آلایندهها، چرخه رشد سریع، در دسترس بودن آزمایشهای رفتاری استاندارد و یک پایگاه تحقیقاتی علمی بزرگ است. در آینده، ایجاد مدلهای دیجیتالی رفتار امکانپذیر خواهد بود، اما هنوز جایگزینی کامل حیوانات امکانپذیر نیست، زیرا آلایندهها از طریق هورمونها، سیستم عصبی و متابولیسم عمل میکنند.»
از آزمایشگاه تا عمل
این پروژه در حال حاضر از تمرکز صرفاً علمی به سمت تمرکز کاربردی در حال حرکت است – یک پایگاه داده از واکنشهای ماهیها، و همچنین پروفایلهای رفتاری و مولکولی آنها، در حال گردآوری است. این دانشمند آیندهی این تحقیق را در ایجاد آزمایشگاههای خدماتی یا کیتهای آزمایش آماده و در نهایت، گنجاندن این روش در استانداردهای نظارت بر محیط زیست ایالتی پیشبینی میکند.
وسولود پاوشینتسف میگوید: «احتمالاً اولین مشتری عملی، مزارع پرورش ماهی هستند، زیرا برای آنها مهم است که قبل از شروع تولید در مقیاس بزرگ، به سرعت بفهمند که آیا آب برای پرورش ماهی مناسب است یا خیر.»
کاربران بالقوه این توسعه همچنین ممکن است شامل Rosprirodnadzor، خدمات بهداشتی و اپیدمیولوژیک و شرکتهای صنعتی باشند که نیاز به نظارت بر فاضلاب دارند. یک مزیت کلیدی، رویکرد هدفمند آن برای حل مسئله است.
وسولود پاوشینتسف میگوید: «اگر این روش نوع تأثیر بر حیات آبزیان را آشکار کند، رویکرد به احیا را تغییر میدهد: اقدامات درمانی میتوانند به طور خاصتر و نه کورکورانه انتخاب شوند. به عنوان مثال، آسیبهای سمی نیاز به حذف سموم شیمیایی دارند، در حالی که اثرات هورمونی نیاز به فناوریهایی برای حذف ترکیبات مختلکننده غدد درونریز دارند.»
حمایت مالی دانشگاه RUDN این تیم را قادر ساخت تا معرفهای بیوشیمی و زیستشناسی مولکولی را خریداری کند، RT-qPCR (واکنش زنجیرهای پلیمراز در زمان واقعی) انجام دهد و آغازگرها را سنتز کند. این بودجه همچنین برای نگهداری ماهیهای آزمایشگاهی، تأمین مالی انتشار در مجلات علمی و آزمایش نتایج در کنفرانسهای بینالمللی استفاده شد. به عنوان مثال، وسولود ویاچسلاوویچ این پروژه را در کنفرانس معتبر FEBS (فدراسیون انجمنهای بیوشیمی اروپا) ارائه داد.
وسولود پاوشینتسف میگوید: «هدف اصلی این است که زیستنشانی روی ماهی دانیو ریریو به ابزاری کاربردی برای پایش محیط زیست تبدیل شود، نه فقط یک رویکرد دانشگاهی. و به طور کلیتر، رواج این ماهیها به عنوان یک ابزار علمی ارزشمند که رویکردهای علمی را در طیف وسیعی از زمینهها تکمیل و تعمیق میکند . »
منبع: رودن