Разработаны бактериальные сенсоры, реагирующие на загрязнители вод

Американские ученые разработали сенсоры на основе кишечной палочки, которая вырабатывает электричество, если чувствует в среде определенные молекулы. Такие сенсоры могут помочь находить загрязняющие вещества в воде. Исследование опубликовано в журнале Nature.

В настоящее время ученые активно разрабатывают сенсоры, с помощью которых можно было бы отслеживать состояние окружающей среды — рек, сточных вод, почв и т. д. При этом важно, чтобы сигнал о загрязнении поступал очень быстро, так как в противном случае загрязняющее вещество может слишком сильно распространиться в среде. Если разлив какого-то загрязнителя не заметить, то потом уже может быть поздно пытаться устранить последствия.

Американские ученые разработали бактериальные сенсоры, которые основаны на модифицированной кишечной палочке. В них встроена сложная синтетическая электрон-транспортная цепь (ЭТЦ). В ней всего восемь основных компонентов, но, помимо нее, в цепь входит более 30 металлических или органических кофакторов, нужных для ее функционирования. Все это делает синтетическую ЭТЦ даже более сложной, чем та, что входит в состав митохондрий. Синтетическая ЭТЦ активируется в том случае, если бактерия детектирует в среде нужную молекулу. В результате этого бактерия начинает вырабатывать электричество. Так как штамм кишечной палочки, выбранный учеными, не образовывает биопленки, он плохо прикрепляется к электродам, которые необходимы для генерации электричества и улавливания сигнала. Поэтому исследователи инкапсулировали бактериальную культуру в агарозный гель, который прикрепили к электродам. Бактерии не могут его покинуть и попасть в окружающие среды, но зато гель проницаем для молекул извне.

Ученые проверили работу сенсора для детекции тиосульфатов, которые используются при дехлорировании воды. Избыток тиосульфатов может привести к цветению водорослей. Исследователи отобрали образцы воды на пляжах и из байу в Техасе и Хьюстоне. В результате бактериальный сенсор смог детектировать тиосульфаты в воде при концентрации вплоть до 0,25 ммоль/л. Это гораздо ниже, чем концентрации, токсичные для рыб. В другом эксперименте ученые с помощью сенсора определили содержание в воде вещества, которое нарушает работу эндокринной системы. Опыт также прошел хорошо, причем сигнал от бактериального сенсора ученым удалось усилить с помощью проводящих наночастиц. Как оказалось, сенсор на основе кишечной палочки способен зафиксировать сигнал в 10 раз быстрее, чем используемые в настоящее время приборы.

Ученые считают, что подобные бактериальные сенсоры могут найти широкое применение в будущем. Например, с помощью них можно будет отслеживать изменения в кишечной микробиоте, а также детектировать вирусные частицы в сточных водах.