دليل العلوم الصيفي: عندما تلتقي موجة حرّ تبلغ 40 درجة مئوية بالتجارب الجزيئية

استمرت درجات الحرارة المرتفعة في معظم أنحاء الصين مؤخرًا. في 24 يوليو، أصدر مرصد الأرصاد الجوية لمقاطعة شاندونغ تحذيرًا باللون الأصفر من ارتفاع درجات الحرارة، متوقعًا درجات حرارة "شبيهة بالساونا" تتراوح بين 35 و37 درجة مئوية (111-133 درجة فهرنهايت) ورطوبة 80% خلال الأيام الأربعة المقبلة في المناطق الداخلية. تقترب درجات الحرارة في أماكن مثل توربان، شينجيانغ، من 48 درجة مئوية (111-133 درجة فهرنهايت). تخضع ووهان وشياوغان، هوبي، لتحذير باللون البرتقالي، حيث تتجاوز درجات الحرارة 37 درجة مئوية في بعض المناطق. في هذه الحرارة الحارقة، يشهد العالم المجهري تحت سطح الماصات اضطرابات غير عادية - حيث تشوهت بهدوء استقرار الأحماض النووية، ونشاط الإنزيمات، والحالة الفيزيائية للكواشف بسبب موجة الحر.

أصبح استخلاص الأحماض النووية سباقًا مع الزمن. فعندما تتجاوز درجة الحرارة الخارجية 40 درجة مئوية، حتى مع تشغيل مكيف الهواء، غالبًا ما تتجاوز درجة حرارة طاولة العمليات 28 درجة مئوية. في هذا الوقت، تتحلل عينات الحمض النووي الريبي (RNA) المتروكة في العراء أسرع بأكثر من ضعف سرعة تحللها في الربيع والخريف. في الاستخلاص بالخرز المغناطيسي، يكون المحلول العازل مشبعًا موضعيًا بسبب التطاير المتسارع للمذيب، وتترسب البلورات بسهولة. ستسبب هذه البلورات تقلبات كبيرة في كفاءة التقاط الأحماض النووية. يزداد تطاير المذيبات العضوية في الوقت نفسه. عند 30 درجة مئوية، تزداد كمية تطاير الكلوروفورم بنسبة 40% مقارنةً بـ 25 درجة مئوية. أثناء التشغيل، من الضروري التأكد من أن سرعة الرياح في غطاء الدخان 0.5 متر/ثانية، واستخدام قفازات النتريل للحفاظ على فعالية الحماية.

تواجه تجارب تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) اضطرابات في درجات الحرارة أكثر تعقيدًا. فالكواشف، مثل إنزيم Taq وإنزيم النسخ العكسي، حساسة للغاية للتقلبات المفاجئة في درجات الحرارة. ويمكن أن يتسبب التكثف على جدران الأنبوب بعد إخراجه من مُجمد بدرجة حرارة -20 درجة مئوية في فقدان أكثر من 15% من نشاط الإنزيم إذا دخل نظام التفاعل. كما يمكن أن تُظهر محاليل dNTP تدهورًا ملحوظًا بعد 5 دقائق فقط من التعرض لدرجة حرارة الغرفة (>30 درجة مئوية). كما أن درجات الحرارة المرتفعة تُعيق تشغيل الجهاز. فعندما تكون درجة حرارة المختبر المحيطة>35 درجة مئوية وتكون نفاذية تبديد الحرارة لجهاز تفاعل البوليميراز المتسلسل غير كافية (<50 سم من الجدار)، يمكن أن يصل فرق درجة الحرارة الداخلية إلى 0.8 درجة مئوية. ويمكن أن يؤدي هذا الانحراف إلى انخفاض كفاءة التضخيم عند حافة صفيحة ذات 96 بئرًا بأكثر من 40%. يجب تنظيف فلاتر الغبار بانتظام (فتراكم الغبار يُقلل من كفاءة تبديد الحرارة بنسبة 50%)، ويجب تجنب تكييف الهواء المباشر. علاوة على ذلك، عند إجراء تجارب تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) طوال الليل، تجنب استخدام جهاز تفاعل البوليميراز المتسلسل كثلاجة مؤقتة لحفظ العينات. فالتخزين عند درجة حرارة 4 درجات مئوية لأكثر من ساعتين قد يؤدي إلى تكثف الماء بعد إغلاق الغطاء الساخن، مما يُضعف نظام التفاعل، وقد يُسبب تآكلًا في الوحدات المعدنية للجهاز.

في مواجهة تحذيرات درجات الحرارة المرتفعة المستمرة، ينبغي على المختبرات الجزيئية أيضًا دق ناقوس الخطر. يجب تخزين عينات الحمض النووي الريبوزي الثمينة في الجزء الخلفي من مُجمد بدرجة حرارة -80 درجة مئوية، مع تقييد الوصول إليها في فترات درجات الحرارة المرتفعة. سيؤدي فتح باب المُجمد بدرجة حرارة -20 درجة مئوية أكثر من خمس مرات يوميًا إلى تفاقم تقلبات درجات الحرارة. تتطلب المعدات المُولِّدة للحرارة العالية مساحة لا تقل عن 50 سم لتبديد الحرارة على كلا الجانبين والخلف. علاوة على ذلك، يُوصى بإعادة هيكلة توقيت التجارب: من 7:00 إلى 10:00 صباحًا للعمليات الحساسة لدرجة الحرارة مثل استخلاص الحمض النووي الريبوزي وتحميل تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR)؛ ومن 1:00 إلى 4:00 مساءً للأعمال غير التجريبية مثل تحليل البيانات. يمكن لهذه الاستراتيجية أن تمنع بفعالية تداخل ذروة درجات الحرارة المرتفعة مع الخطوات الحرجة.

تُعدّ التجارب الجزيئية خلال موجة الحرّ اختبارًا للتقنية والصبر. تحت شمس الصيف الحارقة، ربما حان الوقت لوضع الماصة جانبًا وإضافة علبة ثلج إضافية إلى عيناتك للسماح للجهاز بتبديد المزيد من الحرارة. هذا الاحترام لتقلبات درجات الحرارة هو بالتحديد أهمّ صفة مختبرية خلال أشهر الصيف الحارقة - ففي حرارة الصيف البالغة 40 درجة مئوية، حتى الجزيئات تحتاج إلى "منطقة قطبية اصطناعية" محمية بعناية.