Исследователи из Университета Райса совместно с коллегами из Университета Тафтса и Медицинского колледжа Бейлора представили новую систему биоэлектрического зондирования под названием e-COSENS. Работа, опубликованная в журнале Nature Biotechnology, предлагает подход, при котором химические сигналы превращаются в измеряемый электрический заряд.
Главная сложность в создании подобных датчиков ранее заключалась в том, чтобы найти одну бактерию, которая одновременно легко поддается генной модификации, вырабатывает электричество и может жить в разных средах. Например, кишечную палочку (E. coli) просто настраивать на нужные вещества, но она не производит ток. Бактерия L. plantarum, напротив, генерирует электричество с помощью молекулы хинона, но ее модификация крайне затруднена.
Авторы работы решили проблему через разделение обязанностей. Так, вместо того чтобы заставлять одну бактерию делать все, ученые разделили задачу между двумя бактериями. Именно такое разделение труда делает e-COSENS гибким и мощным.
В системе e-COSENS инженерная E. coli запрограммирована выделять хинон только при контакте с определенным веществом (аналитом). Оказавшись в среде, хинон поступает к L. plantarum, которая использует его для генерации электрического сигнала. Этот сигнал считывается обычным амперметром. В ходе проверки датчики успешно обнаружили ионы тяжелых металлов в воде, маркеры воспаления в слюне, антимикробные пептиды в биопробазах человека и антибиотик в молоке из магазина. Реакция занимала от 20 минут до нескольких часов.
Биоэлектрическое зондирование — отнюдь не новая концепция. Но e-COSENS — это первая система, которая позволяет нам легко создавать биоэлектронные датчики модульным способом, подобно сборке конструктора Lego, что потенциально позволяет использовать их для мониторинга всего, от здоровья человека до загрязнения окружающей среды
Для работы вне лаборатории партнеры из Университета Тафтса разработали компактный электронный диск размером с монету, который стыкуется с серийными мультиметрами. Это снижает порог использования технологии для полевой диагностики.
Ранее ученые создали двумерный материал для обнаружения различных газов и влажности в концентрациях ниже порога восприятия человека.
