污染物触发可编程细菌发出实时信号

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如果化学品泄漏到河流中，在20分钟内未被注意到，其对河流造成的污染或许已经无可挽回。现在，一种活生物电子传感器可以为这一问题提供帮助。美国莱斯大学领导的团队开发了可编程的细菌，使其能快速感知污染物并实时发出电子信号。
据最新一期《自然》杂志，这些细胞可以通过编程来识别化学“入侵者”，并在几分钟内报告污染物的存在。研究人员称，这种“智能”设备可用于监测河流、农场、工业和废水处理厂等环境。这些细菌是被封装的，不会被释放到环境中，它们能通过环境收集能源来为自己供电，确保水安全。
研究人员用作概念验证的细菌是大肠杆菌。他们的第一个目标是硫代硫酸盐，这是一种用于水处理的二氯化试剂，可能导致藻类大量繁殖。
大肠杆菌不会自然地附着在电极上，不会形成生物膜。当加水时，它们就会脱落，此时电极发出的噪音多于信号。研究人员将传感器封装在棒棒糖形状的琼脂糖中，允许污染物进入，但将传感器固定在适当的位置，从而降低噪音。
有了物理限制，研究人员首先对大肠杆菌进行编码，以表达一种仅在遇到硫代硫酸盐时才产生电流的合成途径。这种有生命的传感器能够在每升不到0.25毫摩尔的水平检测到这种化学物质，远远低于对鱼类有毒的水平。
在另一项实验中，对大肠杆菌被重新编码，以感知环境激素。当合成的导电纳米颗粒与琼脂糖中的细胞封装在一起时，信号大大增强。研究人员报告说，这些封装的传感器检测污染物的速度比以往最先进的设备快了10倍。
“我认为这是迄今为止建立的最复杂的实时信号传递蛋白质途径。”莱斯大学研究人员西尔伯格说，这种设计的复杂性远远超出了信号通路。这条链有8个控制电子流的成分，还有其他一些成分构成了连接分子的导线。