Могучие носы собак известны своей способностью вынюхивать все, от болезней до взрывчатых веществ, но наука быстро их догоняет с собственным ассортиментом искусственных носов. Теперь, в самом последнем прорыве в этой захватывающей области, исследователи использовали генетически модифицированные бактерии E. coli для создания электропроводящих нанопроволок, способных обнаруживать молекулы запаха, создаваемые заболеванием почек. Более того, они говорят, что их фабрика по производству микробов может быть настроена на создание других проводов, чтобы выявлять еще больше заболеваний.
Когда дело доходит до ощущения окружающего мира через наш нос, люди сильно отстают от собачьих товарищей. Однако, пытаясь наверстать упущенное, ученые на протяжении многих лет усердно работали, создавая головокружительное множество искусственных датчиков запаха. Мы видели искусственные «носы», которые могут обнаруживать рак в образцах крови или мочи, обнаруживать болезнь Паркинсона по запаху кожи, улавливать бактерии в воде, находить людей, погребенных под обломками в результате стихийного бедствия, и вынюхивать опасные токсины в воздухе.
Проблема многих нанопроводов, используемых в этих датчиках, говорят исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте, заключается в том, что они сделаны из токсичных и не поддающихся биологическому разложению материалов, таких как кремний или углеродное волокно. Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа обратилась к бактериальному раствору.
В прошлом году микробиолог Дерек Ловли (Derek Lovley) из Массачусетского университета в Амхерсте и инженер-электрик/компьютерщик Джун Яо (Jun Yao) использовали бактерию под названием Geobacter Sulfreducens для создания пригодной для носки биопленки, которая вырабатывает электричество из пота. Успех этого эксперимента был основан на способности бактерий выращивать очень маленькие провода, которые действительно могут проводить электричество. Команда решила использовать эти нанопроволоки в своем новом искусственном носу.
Однако G. sulphurreducens трудно культивировать, так как для ее развития требуются особые условия. Поэтому, команда заручилась поддержкой гораздо более выносливых бактерий.
«Что мы сделали, так это взяли «ген нанопроволоки» — называемый пилин — из G. sulphurreducens и встроили его в ДНК Escherichia coli, одной из самых распространенных бактерий в мире» — говорит Ловли.
В дополнение к тому, что E. coli начала производить нанопровода, Ловли и Яо также провели дополнительную генетическую модификацию, в результате которой эти провода покрылись пептидом, известным как DLESFL. Это сделало провода в 100 раз более чувствительными, чем раньше, к аммиаку — побочному продукту, который содержится в дыхании людей с заболеваниями почек. Затем биопровода были имплантированы в датчик, который более эффективно обнаруживал аммиак, чем предыдущие датчики, сделанные из традиционных материалов.
«Одна из самых захватывающих вещей в этом направлении исследований заключается в том, что мы развиваем электротехнику в принципиально новом направлении», — сказал Яо. «Вместо проводов, изготовленных из дефицитных сырьевых ресурсов, которые не разлагаются биологически, прелесть этих белковых нанопроводов заключается в том, что вы можете использовать генетический дизайн жизни для создания стабильной, универсальной, малозатратной и экономически эффективной платформы».
Исследователи говорят, что крошечные бактериальные фабрики могут быть созданы для производства проводов, покрытых различными пептидами, которые могут быть чувствительными к химическими производителями при других заболеваниях.
«Возможно разработать уникальные пептиды, каждый из которых специфически связывает интересующую молекулу», — сказал соавтор исследования Тосиюки Уэки (Toshiyuki Ueki). «Таким образом, по мере того, как будет идентифицировано больше молекул-индикаторов, испускаемых организмом и специфичных для конкретного заболевания, мы сможем создавать датчики, включающие сотни различных нанопроводов, способных вынюхивать химические вещества, для мониторинга всевозможных состояний здоровья».
Исследование опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.
Источник: University of Massachusetts Amherst.
