由DNA控制的生物計算機(jī)提供了一種廉價且簡單的方法，來檢測飲用水中污染物的濃度。實(shí)驗(yàn)表明，計算機(jī)科學(xué)的邏輯運(yùn)算可以被設(shè)計成DNA，使未來的生物計算機(jī)在檢測污染物方面的能力更加強(qiáng)大。

美國伊利諾伊州西北大學(xué)的Julius Lucks和同事在2020年發(fā)明了一種生物傳感器，它可以檢測一滴水中的污染物。其包含的蛋白質(zhì)可以通過產(chǎn)生熒光分子來對某些化學(xué)物質(zhì)的存在作出反應(yīng)。這種易被發(fā)現(xiàn)的反應(yīng)可以作為一種警告，表明水樣已被這些化學(xué)物質(zhì)污染了。

“所涉及的反應(yīng)受到了細(xì)菌內(nèi)部自然進(jìn)化機(jī)制的啟發(fā)。”Lucks說，科學(xué)家最初試圖通過改造細(xì)菌來進(jìn)行測試，但要讓它們存活并阻止其擴(kuò)散到環(huán)境中是一個挑戰(zhàn)。

“在合成生物學(xué)中，我們正試圖重新利用那些檢測毒素的分子機(jī)器，并對它們進(jìn)行重新設(shè)計，以便使它們按照我們希望的方式工作。”Lucks說。

現(xiàn)在，該團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)出一種更先進(jìn)的系統(tǒng)，不僅可以危險化學(xué)品的存在發(fā)出警告，還可以報告其存在的數(shù)量，以便采取相應(yīng)措施。

這個被稱為ROSALIND 2.0的系統(tǒng)有8個小試管，每個試管都包含一個對污染物具有不同靈敏度的生物傳感器。如果只有一個試管發(fā)光，那么水樣就只有微量污染。但隨著更多的試管發(fā)光，就證明水污染越來越嚴(yán)重。

“該測試通過使用‘誘餌’DNA鏈來工作。”Lucks說，它們被設(shè)計成與污染物反應(yīng)中的關(guān)鍵中間產(chǎn)物緊密結(jié)合，防止最終熒光產(chǎn)物的產(chǎn)生。

每個試管中的這種DNA數(shù)量逐漸增多。因?yàn)榉磻?yīng)的最后熒光步驟只發(fā)生在誘餌DNA被用完之后，這意味著含有少量誘餌DNA的試管可能會在污染物的存在下發(fā)出熒光，但含有大量DNA的試管可能不會。可以簡單地通過觀察熒光反應(yīng)在8個試管的哪一排停止來測量污染物的水平。

Lucks團(tuán)隊證明ROSALIND 2.0可以成功檢測鋅、一種抗生素和一種工業(yè)代謝物。

無細(xì)胞測試還可以冷凍干燥，便于儲存和運(yùn)輸，需要時只需將水樣放入每個試管即可激活。

確定污染物的濃度有助于決定必要的補(bǔ)救措施。例如，如果你的飲用水中含有微量鉛，那么你可能只需要在使用前沖洗水管，但如果含量很高，就需要立即停止飲用。

“每個人都應(yīng)該擁有這些東西。”Lucks說，“你應(yīng)該知道你的水是否可以安全飲用。”

考慮到現(xiàn)有的水質(zhì)評估技術(shù)可能非常昂貴，Lucks希望ROSALIND 2.0能對此有所幫助。他說：“我們正試圖制造出你能想象到的最簡單、最強(qiáng)大的產(chǎn)品，所以希望它是萬無一失的。”。

Lucks團(tuán)隊還證明，經(jīng)過改造的DNA可以用來進(jìn)行邏輯運(yùn)算，它不僅可以像ROSALIND 2.0那樣，在一種物質(zhì)存在時發(fā)生反應(yīng)。而且他們相信只有當(dāng)兩種特定的化學(xué)物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)時，或者兩種化學(xué)物質(zhì)都沒有被發(fā)現(xiàn)時，也可以使它發(fā)生反應(yīng)。這為將更復(fù)雜的分析構(gòu)建到易于使用的測試中鋪平了道路。

相關(guān)論文發(fā)表于2月17日出版的《自然—化學(xué)生物學(xué)》。(作者：李木子)

免責(zé)聲明：本文不構(gòu)成任何商業(yè)建議，投資有風(fēng)險，選擇需謹(jǐn)慎！本站發(fā)布的圖文一切為分享交流，傳播正能量，此文不保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，內(nèi)容僅供參考

關(guān)鍵詞： 生物傳感器 檢測飲用水 污染物濃度 生物計算機(jī)