<p>氟化物、鉛和農(nóng)藥等環(huán)境污染物無處不在，甚至存在于我們體內(nèi)。雖然研究人員有簡單的方法在實驗室環(huán)境中測量這些污染物的濃度，但在現(xiàn)場測試要困難得多。這是因為它們需要昂貴的專業(yè)設備。</p> <p>&nbsp;</p> <p>最近在合成生物學方面的努力利用細胞生物傳感器以一種具有成本效益和現(xiàn)場部署的方式檢測和報告環(huán)境污染物。即使取得了進展，科學家們也一直在努力回答如何保護傳感器組件不受提取樣本中自然存在的物質的影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>西北大學的一個合成生物學家跨學科團隊正在開發(fā)一種傳感器平臺，該平臺將能夠檢測現(xiàn)實世界樣本中的一系列環(huán)境和生物目標。利用一種已建立的核糖開關來構建氟化物生物傳感器，研究小組發(fā)現(xiàn)它們既能保護傳感器，又能像細胞一樣將傳感器封裝在脂肪膜內(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在今天(1月4日)發(fā)表在《科學進展》雜志上的一篇新論文中，研究人員證明，通過修改脂質雙分子層膜的組成和穿透性，他們可以進一步調整和控制傳感器的性能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>西北大學麥考密克工程學院(Northwestern 's McCormick School of engineering)化學與生物工程教授、聯(lián)合通訊作者朱利葉斯&middot;拉克斯(Julius Lucks)說:&ldquo;產(chǎn)生了如此多的數(shù)據(jù)，其中很多是由智能手表等健康應用程序驅動的。&rdquo;&ldquo;我們可以感知心跳、體溫，但仔細想想，我們真的沒有辦法感知化學物質。我們生活在一個信息時代，但我們擁有的信息是如此之少&mdash;&mdash;化學傳感打開了你可以利用的巨大信息維度。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉克斯還是化學和生物工程系的副主任。他的實驗室通過研究RNA及其在細胞中的作用，推進了該領域對分子系統(tǒng)對環(huán)境變化的響應的理解;細胞如何利用RNA來感知環(huán)境的變化;以及如何在無細胞系統(tǒng)中使用這些概念來監(jiān)測環(huán)境的健康和可持續(xù)性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>無細胞合成生物學，即工程生物分子系統(tǒng)被用來激活生物機械而不是活細胞，因其高效、多功能和低成本而引人注目。拉克斯設計了一種利用細菌細胞提取物為基因表達反應提供動力的核糖開關傳感器(包括熒光RNA或對污染物做出反應而發(fā)光的蛋白質)，可以在幾分鐘內(nèi)廉價地產(chǎn)生視覺輸出。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Neha Kamat是麥考密克生物醫(yī)學工程的助理教授，也是共同通訊作者，最初在他們的教員培訓中遇到了Lucks，并對他擴大信息獲取的愿望感興趣。Kamat的專長是工程膜和膜組裝，她想知道她是否可以使用囊泡(一種有兩層的膜)使Lucks的試管系統(tǒng)更好。</p> <p>&nbsp;</p> <p>卡馬特說:&ldquo;他們正在使用RNA及其相關機制來感知真實水樣中的分子，并產(chǎn)生有意義的輸出。&rdquo;&ldquo;我的實驗室對通常用于包裹mRNA用于藥物傳遞的脂類進行了大量研究，目標是使用這些隔室來構建更多的細胞狀結構。我們的想法是，我們可以保護朱利葉斯的開關，讓它們在可能被其他污染物污染的樣本中工作，就像細胞一樣。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>其他研究人員曾嘗試在膜內(nèi)放置傳感器，但開關停止正常工作，產(chǎn)生的信號要小得多，因為很難將所有東西都裝進小容器中，然后再將其放大。為了克服這一問題，研究小組修改了傳感器中的基因輸出，對其進行放大和著色，這樣肉眼就能看到，&ldquo;你不需要花哨的探測器來做到這一點。&rdquo;拉克斯說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>封裝和保護對于傳感器來說非常重要，以使其在原生環(huán)境中正常工作，就像廢水通道中有許多其他污染物侵蝕開關。這將是&ldquo;分布式傳感&rdquo;的一個例子，可以在從農(nóng)業(yè)到人類健康等領域提供幫助。</p> <p>&nbsp;</p> <p>當他們獲得西北大學生命過程化學研究所(CLP)的Cornew創(chuàng)新獎時，他們更正式地走到了一起，向CLP的顧問委員會介紹了他們&ldquo;潛在的顛覆性&rdquo;想法。該團隊獲得了種子基金來實現(xiàn)他們的想法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉克斯稱這個項目是一個&ldquo;起點&rdquo;，他們將能夠將傳感器嵌入到更多的材料中，包括可以改變屬性的&ldquo;智能&rdquo;材料，就像在生物學中一樣。</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉克斯說:&ldquo;作為合成生物學家，我們的主要主題之一是發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)并關注自然。&rdquo;&ldquo;它已經(jīng)在做什么?&rdquo;我們能否在此基礎上，讓它更多地滿足我們的需求?&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>氟化物成為了一個明顯的選擇，因為有一種天然的RNA分子可以感知它，這使得研究小組可以設計一種更簡單的機制。但在未來，Kamat和Lucks對傳感器的應用范圍有很高的期望。</p> <p>&nbsp;</p> <p>例如，傳感器可以通過人體流動來檢測小分子和生物標記物，然后再通過尿液或其他被動方法回收傳感器。它還可以檢測土壤中的硝酸鹽水平，并幫助監(jiān)測徑流。除此之外，拉克斯和卡馬特還很興奮地看到軟機器人等材料科學領域的應用，他們正在考慮如何建造類似蝴蝶的東西，通過它的腳來聞氣味。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Margrethe A. Boyd和西北大學的Walter Thavarajah也是這項研究的共同作者。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>