Vědci proměňují bakterie E. coli na senzor rtuti

V kroku k budování levných a programovatelných bioelektronických zařízení, vědci z Imperial College London a Zhejiang University v nové studii ukázali, že Geneticky upravené bakterie Lze proměnit v chemické senzory s vlastním pohádnutím, které se propojí přímo s elektronikou.

Podle autorů jsou tyto nové platformy dnes možné díky pokroku v oblasti syntetické biologie a bioelektrochemie.

Tradiční biosenzory, jako jsou ty založené na enzymech, jsou často křehké, nákladné a/nebo mají pomalou dobu odezvy ve složitých prostředích. Biosenzory celobuněk, které používají živé mikroorganismy, se mohou udržovat a opravit sebe sama a pracovat uvnitř kontaminovaných vzorků. Ve většině konvenčních návrhů jsou však tyto výstupní signály těchto biosenzorů v optickém rozsahu, který je těžší integrovat do přenosné nebo rozmístitelné elektroniky.

Ve své studii vědci vytvořili modulární biosenzor, který by mohl cítit přítomnost specifických sloučenin a převést ji na elektrický signál, který je kompatibilní s levnou elektronikou.

Tým používal geneticky upravený Vykazovali chill bakterie jako „kontejnery“. Mikroby hostily tři biosenzorové moduly. Snížený modul detekoval cílovou chemickou látku prostřednictvím specifických molekulárních regulátorů. Modul zpracování informací a zesílil nebo zpracoval signál. A výstupní modul produkoval fenaziny, organické molekuly obsahující dusík, které lze měřit pomocí elektrochemické techniky zvané voltametrie.

Tímto způsobem vědci postavili dva biosenzory. První z nich dokázal detekovat arabinózu, jednoduchý rostlinný cukr, který se často používá v laboratorních médiích. Když vzorek obsahující cukr přišel do styku s bakteriemi, buňky začaly produkovat kyselinu fenazinu-1-karboxylovou. Když se tato molekula dotkla elektrody, posledně jmenovaná vytvořila proud, který stoupal s hladinou cukru. Signál se objevil zhruba za dvě hodiny.

Druhý senzor detekoval ionty rtuti ve vodě. Protože tyto ionty jsou přítomny pouze ve stopových množstvích ve vodě v reálném světě, vědci přidali genetický zesilovač E. coli. Když rtuť svázaná proteinem zvaným Merr, setkání spustilo produkci polymerázy, která tlačila produkční cestu fenazinu do overdrive. Výsledkem je, že pouze 25 nanomolů rtuti – pod bezpečnostním limitem WHO – vytvořilo do tří hodin čitelný proud.

Tým také předvedl logickou bránu „a“ uvnitř E. colitakže vytvořil signál pouze tehdy, když byly přítomny společně dvě specifické molekuly.

Tým tak vytvořil důkaz o konceptu živého, elektronicky integrovaného biosenzoru schopného detekovat sloučeniny ve svém okolí, zpracovávat signály a dodávat data.