MIT研發(fā)水凝膠外殼用于防止細(xì)菌傳感器外溢

科學(xué)家們一直在開發(fā)工程細(xì)菌菌株，旨在用作檢測(cè)環(huán)境污染物的傳感器。這種細(xì)菌可以用來檢測(cè)重金屬等污染物。將傳感器部署在環(huán)境中，可以幫助科學(xué)家追蹤污染物水平如何隨著時(shí)間的推移在廣泛的地理區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化。需要注意的是，有人擔(dān)心這種轉(zhuǎn)基因細(xì)菌可能會(huì)逃到野外與其他生物體共享其基因。

麻省理工學(xué)院的工程師已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種方法，通過將細(xì)菌傳感器封裝在堅(jiān)韌的水凝膠外殼中，防止它們逃入環(huán)境中，從而使細(xì)菌傳感器的部署更加安全。項(xiàng)目的研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以將轉(zhuǎn)基因大腸桿菌嵌入水凝膠球體中，使其能夠檢測(cè)到他們正在尋找的污染物，但又能與其他生物體隔離。

水凝膠球體還可以保護(hù)傳感器免受環(huán)境破壞。有關(guān)細(xì)菌被設(shè)計(jì)成表達(dá)它們通常沒有的基因回路，使它們有能力檢測(cè)各種分子。這些電路的設(shè)計(jì)使目標(biāo)的檢測(cè)觸發(fā)綠色熒光蛋白或生物發(fā)光的產(chǎn)生。細(xì)菌還可以將該事件的記憶記錄在細(xì)胞DNA中。

細(xì)菌中做到這一點(diǎn)所需的基因回路通常包括抗生素抗性基因。研究人員表示，一個(gè)特定的基因可以讓他們確?；蚧芈氛_地插入到細(xì)菌細(xì)胞中。這很容易理解，帶有使其具有抗生素抗性的基因的轉(zhuǎn)基因細(xì)菌如果釋放到環(huán)境中，會(huì)如何有害。許多細(xì)菌可以使用一種稱為水平基因轉(zhuǎn)移的過程在不同物種之間交換基因。

為了防止這種基因交換，研究人員過去使用了一種被稱為 "化學(xué)遏制"的策略，涉及設(shè)計(jì)細(xì)菌傳感器，使它們需要一種它們?cè)谝巴鉄o法獲得的人工分子。另一個(gè)挑戰(zhàn)是，在一個(gè)非常大的細(xì)菌群體中，有一小部分人有可能獲得突變，使他們能夠在沒有分子的情況下生存。

在這項(xiàng)研究中，研究人員靠物理封印，將細(xì)菌封裝在一個(gè)裝置內(nèi)，防止它們逃跑。在過去，人們使用了塑料和玻璃等材料，但并不奏效，因?yàn)樗鼈儠?huì)形成擴(kuò)散障礙，阻止細(xì)菌與它們需要檢測(cè)的分子相互作用。通過將細(xì)菌封裝在水凝膠中，水凝膠的孔隙足夠大，可以讓糖和重金屬等分子進(jìn)入內(nèi)部，細(xì)菌會(huì)在受到保護(hù)的同時(shí)仍然可以檢測(cè)重金屬分子。