污染物觸發可編程細菌發出即時信號

科技日報訊 （實習記者張佳欣）如果化學品泄漏到河流中，在20分鐘內未被注意到，其對河流造成的污染或許已經無可挽回。現在，一種活生物電子傳感器可以為這一問題提供幫助。美國萊斯大學領導的團隊開發了可編程的細菌，使其能快速感知污染物並即時發出電子信號。

據最新一期《自然》雜誌，這些細胞可以通過編程來識別化學“入侵者”，並在幾分鐘內報告污染物的存在。研究人員稱，這種“智能”設備可用於監測河流、農場、工業和廢水處理廠等環境。這些細菌是被封裝的，不會被釋放到環境中，它們能通過環境收集能源來為自己供電，確保水安全。

研究人員用作概念驗證的細菌是大腸桿菌。他們的第一個目標是硫代硫酸鹽，這是一種用於水處理的二氯化試劑，可能導致藻類大量繁殖。

大腸桿菌不會自然地附着在電極上，不會形成生物膜。當加水時，它們就會脱落，此時電極發出的噪音多於信號。研究人員將傳感器封裝在棒棒糖形狀的瓊脂糖中，允許污染物進入，但將傳感器固定在適當的位置，從而降低噪音。

有了物理限制，研究人員首先對大腸桿菌進行編碼，以表達一種僅在遇到硫代硫酸鹽時才產生電流的合成途徑。這種有生命的傳感器能夠在每升不到0.25毫摩爾的水平檢測到這種化學物質，遠遠低於對魚類有毒的水平。

在另一項實驗中，對大腸桿菌被重新編碼，以感知環境激素。當合成的導電納米顆粒與瓊脂糖中的細胞封裝在一起時，信號大大增強。研究人員報告説，這些封裝的傳感器檢測污染物的速度比以往最先進的設備快了10倍。

“我認為這是迄今為止建立的最複雜的即時信號傳遞蛋白質途徑。”萊斯大學研究人員西爾伯格説，這種設計的複雜性遠遠超出了信號通路。這條鏈有8個控制電子流的成分，還有其他一些成分構成了連接分子的導線。