Бактерии научили находить мышьяк и кадмий в воде

Исследователи разработали биосенсор, в котором кишечная палочка реагирует на присутствие мышьяка и кадмия, и выдает электрический сигнал. Главное отличие новой системы от прежних в том, что оба токсина распознаются одной и той же клеткой.

Живые сенсоры из кишечной палочки распознают сразу два токсина и передают сигнал в виде двоичного кода

Источник: Wikimedia

Традиционные методы анализа воды требуют доставки проб в лабораторию, сложной подготовки и дорогостоящего оборудования. Новый сенсор способен работать на месте, в реальном времени, даже в мутной воде, и все это автономно за счет процессов внутри клетки.

Ученые генетически перепрограммировали бактерии таким образом, чтобы включать два различных пути переноса электронов, каждый из которых реагирует на свой металл. При контакте с мышьяком активируется путь CymA, а при кадмии — флавиновый путь. Эти маршруты передают сигналы на электрод. Алгоритм обрабатывает их и превращает в двоичный код (0 и 1), обозначающий присутствие или отсутствие каждого металла. Новое исследование опубликовано в журнале Nature Communications. 

Слева: Каждое вещество активирует свой путь — CymA (розовый) или Flavin (синий). Эти пути генерируют электрический сигнал, который обрабатывается и преобразуется в бинарный код (например, 1 0 или 0 1), отражающий присутствие соответствующего вещества. Справа: Разные редокс-потенциалы обеспечивают избирательность: CymA активируется при +0.077 В, а Flavin — при –0.220 В. Это позволяет системе точно различать сигналы от двух каналов

Источник: Nature Communications

Точность системы была протестирована в образцах воды с заданными концентрациями токсинов, включая реальные пробы из городского водоема в Техасе: сенсор сработал даже при уровне загрязнений, соответствующем нормам.

Подход можно масштабировать: количество распознаваемых сигналов может вырасти. Потенциально система может не только фиксировать загрязнение, но и стать основой для биологических компьютеров, в которых клетки будут хранить, анализировать и передавать данные.

Ранее Наука Mail рассказывала, как кофеин может снижать эффективность антибиотиков.