Bakteerianturit sähköttävät havainnoistaan

Reaaliaikainen kemiallinen tunnistus on ratkaisevan tärkeää ympäristön ja terveyden seurannan sovelluksissa. Biosensorit voivat havaita molekyylejä erilaisten apukemikaalien avulla mutta tulokset syntyvät hitaasti ja ovat optisia.

Ricen yliopiston tutkijat ja insinöörit ovat kehittäneet bakteereja havaitsemaan nopeasti erilaisten kontaminanttien esiintymisen ja raportoimaan niistä sähköisesti.

Tutkijoiden mukaan tällaiset "älykkäät" laitteet voisivat saada virtaa ottamalla energiaa ympäristöstä, kun ne tarkkailevat olosuhteita, kuten jokia, maatiloja, teollisuus- ja jätevedenpuhdistamoita ja varmistavat vesiturvallisuuden.

Kehitettyjen itsestään replikoituvien bakteerien välittämää ympäristöinformaatiota voidaan mukauttaa korvaamalla yksi proteiini kahdeksankomponenttisessa synteettisessä elektroninkuljetusketjussa, joka synnyttää sensorin signaalin.

"Mielestäni se on monimutkaisin tähän mennessä rakennettu proteiinireitti reaaliaikaiseen signalointiin", sanoo biologi Jonathan Silberg.

Tutkijat ohjelmoivat Escherichia coli bakteerin tuottamaan sähkövirtaa vasteena tietyille kemikaaleille. Suunnitelman mukaisesti tämä kanta tuotti virtaa 2 minuutin kuluessa altistumisesta tiosulfaatille, mikrobien kukintaa aiheuttavalle anionille.

Tämä amperometrinen anturi muunnettiin sitten havaitsemaan hormonitoimintaa häiritsevä aine. Proteiinikytkimen liittäminen synteettiseen reittiin ja bakteerien kapselointi johtaviin nanomateriaaleihin mahdollisti hormonitoimintaa häiritsevän aineen havaitsemisen kaupunkien vesiväylänäytteistä 3 minuutissa.

Silberg kertoo, että suunnittelun monimutkaisuus on paljon enemmän kuin signalointireitti. "Ketjussa on kahdeksan komponenttia, jotka ohjaavat elektronien virtausta, mutta on myös muita komponentteja, jotka rakentavat molekyyleihin meneviä johtimia", hän sanoi. "On puolentoista tusinan verran komponentteja, joissa on lähes 30 metallista tai orgaanista kofaktoria. Tämä asia on massiivinen verrattuna esimerkiksi mitokondrioiden hengitysketjuihin."

Silberg sanoi näkevänsä suunniteltujen mikrobien suorittavan monia tehtäviä tulevaisuudessa, aina suoliston mikrobiomin tarkkailusta virusten kaltaisten kontaminanttien havaitsemiseen, mikä parantaa strategiaa testata jätevesilaitoksia SARS-CoV-19:n osalta pandemian aikana.

"Reaaliaikaisesta seurannasta tulee melko tärkeää tällaisten ohimenevien pulssien kanssa", hän sanoi. "Ja koska kasvatamme näitä antureita, ne ovat mahdollisesti melko halpoja valmistaa."

Silberg jatkaa, että Rice-laboratoriot työskentelevät suunnittelusääntöjen parissa modulaaristen antureiden kirjaston kehittämiseksi. "Toivon, että kun ihmiset lukevat tämän, he ymmärtävät mahdollisuudet", hän sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Bakteerit rummuttavat

Bakteereita ja hämähäkin seittiä

Kytkin solussa sähköistää elämää