211service.com
Bezpieczny i prosty wykrywacz arsenu
Naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu w Szkocji zmodyfikowali bakterie genetycznie E coli do wykrywania śladowych ilości arsenu w wodzie pitnej. Mają nadzieję, że technologia oparta na bakteriach doprowadzi w końcu do bezpiecznych, precyzyjnych i łatwych w użyciu zestawów do testów na arsen. Chris French, profesor biotechnologii drobnoustrojów w Edynburgu, mówi, że takie testy mogłyby być równie łatwe w użyciu jak domowe testy ciążowe i nie wymagałyby przeszkolonego technika.
Zespół studentów z Uniwersytetu w Edynburgu opracował genetycznie bakterie do wykrywania arsenu w wodzie. W połączeniu ze spadkiem wskaźnika pH (z prawej strony), próbki zmieniają kolor na czerwony (w środku) w obecności arsenu i żółty w przypadku jego braku.
Zatrucie arsenem dotyka miliony ludzi na całym świecie. Jednym z najbardziej dotkniętych krajów jest Bangladesz, gdzie według Światowej Organizacji Zdrowia nawet 35 milionów ludzi czerpie wodę pitną ze studni skażonych arszenikiem. W ostatnich latach podjęto skoordynowane wysiłki w celu zmapowania rozmieszczenia studni skażonych arsenem i flag. W niektórych przypadkach naukowcy i pracownicy pomocy wysyłali próbki wody do testów w laboratoriach przy użyciu technik fluorescencyjnych – jest to kosztowny i czasochłonny proces. W innych przypadkach używali przenośnych zestawów testowych. Większość z tych testów terenowych wymaga jednak przeszkolenia w zakresie obsługi i wytwarzania toksycznych chemikaliów, takich jak gaz arsenowy.
Zdecydowanie istnieją pewne wady istniejących zestawów polowych, a jedną z nich jest toksyczne usuwanie, mówi Gregory Miller, geochemik ds. arsenu w Subsurface Technologies, firmie zajmującej się rekultywacją środowiska w Socorro w stanie Nowy Meksyk. Idealny detektor powinien mieć niską granicę wykrywalności, wysoką precyzję i nie powinien mieć z tym żadnego strumienia odpadów.
Opracowany w Edynburgu detektor arsenu jest jednym z pierwszych praktycznych przykładów urządzenia zbudowanego na zasadach biologii syntetycznej. Celem biologii syntetycznej jest, po pierwsze, określenie dokładnej funkcji poszczególnych sekwencji DNA lub części genetycznych. Niektóre części mogą kontrolować niektóre białka. Inne mogą działać jako przełączniki procesów komórkowych. Następnie naukowcy mieszają i dopasowują, aby zobaczyć, jak różne części pasują do siebie, tworząc nowe obwody genetyczne, tworząc nowe funkcje biologiczne w żywych organizmach, takich jak bakterie.
Drew Endy, adiunkt inżynierii biologicznej na MIT, porównuje biologię syntetyczną do budowania z klocków Lego. Pomógł stworzyć rejestr standardowych części genetycznych jako źródło, z którego naukowcy mogą pożyczać, budować i dodawać. Endy jest także współzałożycielem iGEM, corocznego Międzynarodowego Konkursu Maszyn Inżynierii Genetycznej, na którym bioczujnik arsenowy oparty na bakteriach z Edynburga zdobył nagrodę za najlepszą aplikację w świecie rzeczywistym w 2006 roku.
Grupa z Edynburga odkryła, że bakteria E coli posiada dwie pozornie niepowiązane sekwencje genetyczne, które w połączeniu tworzą skuteczne urządzenie do wykrywania arsenu. Pierwszy, E coli posiada naturalny system detoksykacji arsenu, który włącza się tylko w obecności arsenu. Bakteria naturalnie rozkłada również laktozę, wytwarzając kwas. Naukowcy wyizolowali gen przełącznika arsenu i dołączyli go do pierwszego genu biorącego udział w rozpadzie laktozy.
Postawili hipotezę, że kiedy arsen wchodzi w kontakt z tym zmodyfikowanym E coli , aktywuje przełącznik arsenu, którego gen z kolei aktywuje rozkład kwasu mlekowego. French twierdzi, że prosty kolorowy test lakmusowy może następnie wykryć powstałą zmianę poziomu pH, wskazując również na obecność arsenu. Działa w warunkach laboratoryjnych, ale nie testowaliśmy go na prawdziwych próbkach wody – mówi.
Do tej pory zespół pracował ze stosunkowo czystymi, kontrolowanymi laboratoryjnie roztworami wody i nieorganicznego arsenu zmieszanych ze zmodyfikowanym E coli oraz wskaźnik pH w szczelnie zamkniętej szklanej probówce. Po chwili woda zmienia kolor na czerwony lub żółty, w zależności od obecności lub braku arsenu. Potencjalną wadą jest czas opóźnienia testu: ukończenie interakcji biologicznych zajmuje około pięciu godzin.
Ostatecznie grupa ma nadzieję zaprojektować tani i prosty zestaw liofilizowanych bakterii i wskaźnika pH w jednorazowej plastikowej tubie z zakrętką. W niedalekiej przyszłości francuska grupa może przetestować swój projekt na rzeczywistych próbkach wody z Bangladeszu, które zawierają inne materiały biologiczne i chemiczne. Na razie naukowcy dodali swoje urządzenie do rejestru biocegiełek Endy'ego dla innych naukowców, którzy mogą chcieć zbudować lepszy bioczujnik arsenu.