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“水妊娠测试”提供快速、简单的水安全和质量

更新时间:2020-07-13 20:55点击:

手持平台技术使用单一样本来测试各种污染物。

新平台使用无细胞合成生物学来测试17种污染物,包括铅、铜、药品和化妆品

测试的成本很低,工作时间也很短

研究人员在加州天堂市测试了这个平台,那里的野火导致毒素进入供水系统

一种新的平台技术可以只用几分钟的时间来评估水的安全和质量。

与妊娠测试相比,这个手持平台使用一个样本来提供一个易于阅读的阳性或阴性结果。当检测到污染物超过环保局的标准时,它就会发出绿光。

由西北大学的研究人员领导的这项测试可以检测17种不同的污染物,包括铅和铜等有毒金属、药品、化妆品和清洁产品。本平台;以无细胞合成生物学为动力;它非常灵活,研究人员可以不断更新它来检测更多的污染物。

Julius Lucks教授解释了如何使用ROSALIND。信贷:西北大学

目前的水测试依赖于一个集中的实验室,那里有非常昂贵的设备,需要专业技术来操作,领导这项研究的西北大学的Julius Lucks说。寄送样品的费用可能高达150美元,而且需要几周时间才能得到结果。我们正在提供一项技术,使任何人都可以直接检测自己的水,并在几分钟内知道自己的水是否受到了污染。它使用起来很简单,我们可以把它送到最需要它的人手中。

这项研究将发表在今天(2020年7月6日)的《自然生物技术》杂志上。Lucks是美国西北大学麦考密克工程学院的化学和生物工程教授,也是合成生物学中心的成员。Jaeyoung Jung和Khalid Alam是幸运基金会的成员。他们是论文的共同第一作者。

《分子;buds&rsquo味道;

确保水质的一个主要挑战是人们通常看不到或尝不到污染物。西北大学的平台使用合成生物学来检测这种不可见的污染,填补了人类感官不足的空白。

在无细胞合成生物学中,研究人员把分子机制和分子力学作为研究对象。包括DNA、RNA、蛋白质及mdash;然后重新编程来执行新的任务。这个想法类似于打开汽车的引擎盖,卸下发动机,这样研究人员就可以不受汽车的限制,将发动机用于不同的目的。在这种情况下,幸运的是。研究小组使用了来自细菌细胞的分子机制。

大自然已经解决了这个问题,阿拉姆说。生物学已经花了30亿年的时间来演化出一种优雅的污染物检测方法。

我们发现了细菌在水中是如何自然地品尝食物的,挚补充道。它们是用小分子水平的味素来完成的。无细胞合成生物学使我们能够将这些小分子味蕾取出并放入试管中。然后我们可以重新布线。它们会产生视觉信号。它的发光可以让用户快速、轻松地看到水中是否有污染物。

这些重新编程的味蕾被冷冻干燥以保持货架稳定性,然后放入试管中。在试管中加入一滴水。然后轻弹它引起一种化学反应,使冻干的小球在有污染物存在时发光。

魔法就在管道里。挚说。我们组装一切,然后冷冻干燥。这和制作宇航员冰淇淋的过程是一样的。

受女性科学启发

Lucks和他的团队称这个测试平台为配体诱导激活的RNA输出传感器。但他的研究小组给它起了个绰号叫罗莎琳德,以纪念著名的化学家罗莎琳德·富兰克林,她与詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克一起发现了DNA双螺旋结构。下个月(7月25日)是富兰克林的100岁生日。

她的工作最终使我们学会了如何用我们的技术重新编程DNA,挚说。

在开始这个项目时,Lucks从他生活中的另一位女科学家那里获得了灵感:他的妻子,西北人类学家Sera Young,她研究全球粮食和水安全以及家庭用水不安全在社会福祉中的作用。

血清研究了水质差如何影响人们的日常生活,挚说。人们倾向于去最方便的地方取水。但是如果他们知道水被污染了,他们可能会选择更远的地方寻找更安全的水。我们希望每个人都拥有他们需要的工具,以便做出明智的决定。

罗莎琳德在天堂

为了在这个领域测试这个新平台,Lucks, Jung, Alam和西北大学的同事Jean-Francois Gaillard在去年年底访问了加州的Paradise。一年前,一连串的大火摧毁了这个位于加州北部的小镇,摧毁了近1.9万幢建筑,并导致该镇大部分居民流离失所。盖拉德是环境工程学教授,也是水生系统中影响金属的生物地球化学过程方面的专家。

野火基本上把城镇烧成了灰烬。挚说。他们烧毁建筑物和熔化汽车,这些排放有毒金属到环境中。

Lucks、Gaillard和他们的团队用金标准水测试了ROSALIND,发现ROSALIND能够识别水供应中升高的有毒金属的存在。它还提供了更快、更便宜的结果。

拉克斯和他的团队设想,罗莎琳德可以帮助恢复工作,就像在天堂,居民需要进行成千上万的测试,以确定他们的社区是否安全,重新进入。

实验室检测没有规模,阿拉姆说。对于这个简单的问题:我喝的水安全吗?这个问题不应该用几天时间就能得到答案。

在家测试的困难

当然,灾害并不是水不安全的唯一原因。环境中自然存在的重金属,比如铜和铅,会渗入管道,污染家庭的水龙头和学校的饮水机。个人护理产品,如防晒霜和乳液,会从人们的皮肤上洗掉,最终进入水路。未使用的药品和农业除草剂也会流入我们的水中,最终进入我们的水槽。

但是,除非我们能直接地并定期本;测试这些污染物,没有办法保持平静的心情。

在他们位于伊利诺斯州埃文斯顿的家中测试水时,Lucks和Young指出了一些困难。数月或数年大量摄入铜会导致肝损伤甚至死亡。有鉴于此,Lucks决定检查家庭用水中的铜含量。花费150美元,一个月后才收到结果。

这是一次测试,挚说。它不允许从屋内不同的水龙头检测水平面,也不允许长时间进行临时测试。

铅的检测也不容易。铅测试套件在大多数五金店都可以买到。但在灌满水后,它仍然必须邮寄到一个集中设施。每次测试的费用仍高达150美元,而且需要数周才能得到结果。而且,如果人们想检查他们的水是否含有其他污染物,比如抗生素,对消费者来说根本没有测试。

在病原体监测的使用点诊断方面已经取得了很大的进展。荣格说。但在检测化学污染物方面还远远不够。

为了确保获得安全和清洁的饮用水,我们需要能够方便地监测水质的技术。挚说。一个简单,易于使用,手持设备,如罗莎琳德,您可以测试水在您的家里或在野外。你最想用它的地方。

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参考文献:快速检测水污染物的无细胞生物传感器Jaeyoung k·荣格,哈立德k·阿拉姆,马修·s . Verosloff Daiana a . Capdevila Morgane Desmau,菲利普·r·Clauer Jeong钟旭李,彼得问:阮,巴勃罗·a·Pasté n, Sandrine j . Matiasek Jean-Franç ois盖拉德,大卫·p·Giedroc詹姆斯·j·柯林斯和朱利叶斯·b·挚,2020年7月6日,自然生物技术。

DOI: 10.1038 / s41587 - 020 - 0571 - 7

快速检测水污染物的无细胞生物传感器的研究由美国国家科学基金会(奖号1452441和1929912)、美国国立卫生研究院(奖号R35 GM118157)、西北大学皇冠家族犹太人和以色列研究中心和芝加哥社区信托基金支持。

西北创业公司Stemloop已经选择了罗莎琳德的技术,并计划将其商业化。如果它被商业化,Lucks, Alam和Northwestern将会有经济利益(版税,权益)。