Еще в 2019 году, группа исследователей из Северо-Западного университета разработала дешевую систему тестирования для определения уровня фтора в воде. В следующем году руководитель проекта, профессор Юлиус Лакс, представил новую систему, которая могла обнаруживать 17 различных загрязнителей в одной капле воды, и теперь эта установка была обновлена, чтобы не только подтверждать загрязнение, но и указывать уровни концентрации.
Первоначальная разработка была опубликована в журнале Nature Biotechnology и получила название RNA output sensors activated by ligand induction, или сокращенно ROSALIND. Используя бесклеточную синтетическую биологию, где «молекулярные механизмы» клеток (такие как ДНК, РНК и белки) удаляются и перепрограммируются для выполнения новых задач, команда вырезала части бактерий, которые позволяли им «пробовать вещи на вкус в их воде» и использовала этот механизм для проверки наличия загрязняющих веществ в воде.
Если в одной капле тестовой воды присутствовует одно из 17 загрязняющих веществ, выходные датчики будут светиться зеленым, как простой визуальный датчик положительного/отрицательного результата.
«Мы выяснили, как бактерии естественным образом пробуют воду», — сказал Лакс. «Они делают это с помощью маленьких «вкусовых рецепторов» молекулярного уровня. Бесклеточная синтетическая биология позволяет нам извлечь эти маленькие молекулярные вкусовые рецепторы и поместить их в пробирку. Затем мы можем «перенастроить» их для получения визуального сигнала. Это светится, чтобы пользователь мог быстро и легко увидеть, есть ли в воде загрязняющие вещества»..
Профессор Джулиус Лакс использует ROSALIND 2.0 в полевых условиях для проверки наличия загрязняющих веществ в воде. Фото: Julius Lucks/Northwestern University.
Теперь исследовательская группа говорит, что им удалось добавить своего рода логическую схему «молекулярного мозга» к последней версии ROSALIND. Установка по-прежнему использует «молекулярные вкусовые рецепторы» для обнаружения загрязнения в образце, но каждая из лиофилизированных гранул, помещенных в массив из восьми маленьких пробирок, была перепрограммирована на различную чувствительность к загрязняющим веществам.
Таким образом, если только пробирка слева от массива светилась зеленым, значит, концентрация образца была низкой. Если все восемь пробирок отреагировали на пробу, то «есть большая проблема». Установка пока успешно показывает уровни цинка, антибиотика и промышленного метаболита в полевых испытаниях, на получение результатов уходили минуты.
«После того, как мы представили ROSALIND, люди сказали, что им нужна платформа, которая также может давать уровни концентрации», — объяснил Лакс. «Разные загрязняющие вещества на разных уровнях требуют разных стратегий. Например, если у вас низкий уровень свинца в воде, вы можете выдержать его, промывая водопроводные линии перед их использованием. Но если у вас высокий уровень, тогда вам нужно немедленно прекратить пить воду и заменить водопровод».
Конечная цель проекта — создать недорогое ручное устройство, которое позволит людям проверять свою питьевую воду на месте и постоянно контролировать источник воды с течением времени.
Статья о разработке ROSALIND 2.0 была опубликована в журнале Nature Chemical Biology.
Источник: Northwestern University.
