211service.com
En säker och enkel arsenikdetektor
Forskare vid University of Edinburgh, i Skottland, har genetiskt modifierat bakterierna E coli för att upptäcka spårmängder av arsenik i dricksvatten. De hoppas att den bakteriebaserade teknologin så småningom kommer att leda till säkra, exakta och lättanvända fältarseniktestsatser. Chris French, professor i mikrobiell bioteknik vid Edinburgh, säger att sådana tester kan vara lika lätta att använda som graviditetstest hemma och inte kräver en utbildad tekniker.
Ett studentteam från University of Edinburgh har genmanipulerat bakterier för att upptäcka arsenik i vatten. I kombination med ett fall av pH-indikator (längst till höger) blir proverna röda (mitten) i närvaro av arsenik och gula i frånvaro.
Arsenikförgiftning drabbar miljontals människor världen över. Ett av de hårdast drabbade länderna är Bangladesh, där upp till 35 miljoner människor får sitt dricksvatten från arsenikförorenade brunnar, enligt Världshälsoorganisationen. Under de senaste åren har det gjorts ett samlat arbete för att kartlägga spridningen av arsenik och flagga förorenade brunnar. I vissa fall har forskare och hjälparbetare skickat vattenprover för att testas i laboratorier med fluorescenstekniker – en dyr och tidskrävande process. I andra fall har de använt bärbara testkit. De flesta av dessa fälttester kräver dock utbildning för att arbeta och producera giftiga kemikalier, såsom arsingas.
Det finns definitivt några nackdelar med befintliga fältsatser, och en är giftig bortskaffande, säger Gregory Miller, en arsenikgeokemist på Subsurface Technologies, ett miljösaneringsföretag i Socorro, NM. En idealisk detektor bör ha en låg detektionsgräns, hög precision och ingen avfallsström involverad i den.
Arsenikdetektorn som utvecklats i Edinburgh är ett av de första praktiska exemplen på en anordning byggd enligt principerna för syntetisk biologi. Syftet med syntetisk biologi är för det första att identifiera den exakta funktionen hos särskilda DNA-sekvenser, eller genetiska delar. Vissa delar kan kontrollera vissa proteiner. Andra kan fungera som switchar för cellulära processer. Sedan blandar forskare och matchar för att se hur olika delar passar ihop för att bilda nya genetiska kretsar, vilket skapar nya biologiska funktioner i levande organismer, som bakterier.
Drew Endy, biträdande professor i biologisk teknik vid MIT, liknar syntetisk biologi med att bygga med Lego. Han har hjälpt till att sammanställa ett register över vanliga genetiska delar som en resurs för forskare att låna från, bygga vidare på och lägga till. Endy är också medgrundare av iGEM, den årliga internationella tävlingen för genetiskt modifierade maskiner, där Edinburghs bakteriebaserade arsenikbiosensor vann priset som bästa verkliga tillämpning 2006.
Edinburgh-gruppen fann att bakterien E coli besitter två till synes orelaterade genetiska sekvenser som i kombination bildar en effektiv arsenikdetektionsanordning. Först, E coli har ett naturligt arsenikavgiftningssystem som endast är påslaget i närvaro av arsenik. Bakterien bryter också naturligt ner laktos för att producera syra. Forskarna isolerade arsenik-switch-genen och fäste den till den första genen som var involverad i nedbrytningen av laktos.
De antog att när arsenik kommer i kontakt med detta ändras E coli , kommer det att aktivera arsenikbrytaren, vars gen i sin tur kommer att aktivera nedbrytningen av mjölksyra. French säger att ett enkelt färglackmustest kan sedan ta upp den resulterande förändringen i pH-nivåer, vilket också indikerar närvaron av arsenik. Det fungerar under laboratorieförhållanden, men vi har inte testat det med riktiga vattenprover, säger han.
Hittills har teamet arbetat med relativt rena labbkontrollerade lösningar av vatten och oorganisk arsenik blandad med modifierad E coli och en pH-indikator i ett förseglat glasrör. Efter ett tag blir vattnet rött eller gult, beroende på närvaron eller frånvaron av arsenik. En potentiell nackdel är testets fördröjningstid: det tar cirka fem timmar för de biologiska interaktionerna att slutföras.
I slutändan hoppas gruppen kunna designa ett billigt och enkelt kit med pulverfrystorkade bakterier och pH-indikator - i ett engångsplaströr med skruvlock. Inom en snar framtid kan Frenchs grupp testa sin design på faktiska vattenprover från Bangladesh som innehåller andra biologiska och kemiska material. För närvarande har forskarna lagt till sin enhet i Endys register över biobrickor för andra forskare som kanske vill bygga en bättre arsenikbiosensor.