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La technologie neuve peut détecter la présence des métaux toxiques dans l'approvisionnement en eau

La plate-forme neuve emploie la biologie synthétique sans cellule pour déterminer 17 contaminants, y compris le fil, cuivre, pharmaceutiques et les tests de cosmétiques ont coûté des penny pour effectuer et les minutes pour fonctionner des chercheurs ont vérifié la plate-forme dans le paradis, la Californie, où les feux de forêt ont fait écrire des toxines l'approvisionnement en eau

Une technologie neuve de plate-forme peut évaluer la sécurité et la qualité de l'eau avec juste une goutte unique et quelques minutes.

Comparé à un test de grossesse, la plate-forme tenue dans la main emploie un échantillon pour fournir un résultat positif ou négatif facile à lire. Quand le test trouve un contaminant dépasser les normes de l'EPA, il rougeoie vert.

Abouti par des chercheurs à l'Université Northwestern, les tests peuvent détecter 17 contaminants différents, y compris les métaux toxiques tels que le fil et le cuivre, les pharmaceutiques, les cosmétiques, et les produits d'entretien. La plate-forme -- ce qui est actionné par biologie synthétique sans cellule -- est si flexible que les chercheurs puissent soutenu le mettre à jour pour détecter plus de polluants.

« Les tests d'eau actuels se fondent sur un laboratoire centralisé qui contient le matériel réellement cher et exige des compétences de fonctionner, » ont dit les chances du nord-ouest de Jules, qui ont abouti l'étude. « Introduire un échantillon peut coûter jusqu'à $150 et prendre plusieurs semaines pour obtenir des résultats. »

« Nous offrons une technologie qui permet à n'importe qui de vérifier directement leur propre eau et de savoir s'ils ont la contamination en quelques minutes. Il est si simple d'employer que nous pouvons le mettre dans les mains des gens qui ont besoin de lui plus. »

La recherche sera publiée le 6 juillet en biotechnologie de nature de tourillon. Les chances est un professeur du bureau d'études chimique et biologique dans l'école du nord-ouest de McCormick du bureau d'études et un membre du centre pour la biologie synthétique. Jaeyoung Jung et Khalid Alam, membres du laboratoire des chances, sont les Co-premiers auteurs du papier.

« Bourgeons du goût moléculaires

Un défi majeur d'assurer la qualité de l'eau est que les gens type ne peuvent pas voir ou goûter des contaminants. La plate-forme du nord-ouest emploie la biologie synthétique pour détecter cette contamination unnoticeable, complétant les lacunes où les sens humains font défaut.

Dans la biologie synthétique sans cellule, les chercheurs prennent les machines moléculaires -- y compris l'ADN, l'ARN, et les protéines -- hors des cellules, et reprogrammez alors ces machines pour effectuer des tâches neuves.

L'idée est apparentée à ouvrir le capot du véhicule et à retirer l'engine, qui permet à des chercheurs d'utiliser l'engine à des fins différentes, exempt des contraintes du véhicule. Dans ce cas, l'équipe des chances a utilisé les machines moléculaires des cellules bactériennes.

La nature a déjà résolu ce problème. La biologie a dépensé sur trois milliards d'ans dégageant une solution élégante pour trouver des contaminants. »

Khalid Alam, co-auteur d'étude, service du bureau d'études chimique et biologique, Université Northwestern,

« Nous avons découvert comment les bactéries goûtent naturellement des choses dans leur eau, » des chances ajoutées. « Elles font ainsi avec peu de bourgeons du goût de niveau moléculaire « . La biologie synthétique sans cellule nous permet d'enlever ces petits bourgeons du goût moléculaires et de les mettre dans une éprouvette. Nous pouvons alors « refaire l'installation électrique » de eux jusqu'à produit un signal visuel. Il rougeoie pour laisser l'usager rapidement et pour voir facilement s'il y a un contaminant dans leur eau. »

Ceux-ci les « bourgeons du goût » reprogrammés sont lyophilisés pour devenir solides sur l'étagère et mettre dans des éprouvettes. Ajouter une goutte de l'eau au tube -- et alors le passant rapidement -- règle hors d'une réaction chimique qui fait rougeoyer la boulette lyophilisée en présence d'un contaminant.

« La magie est dans les tubes, » Lucks a dit. « Nous composons tout et le gelons sec -- le même procédé qu'effectuant à astronaute la crême glacée. »

Inspiré par des femmes en science

Les chances et son équipe appellent cette plate-forme « détecteurs de contrôle de sortie d'ARN activée par admission de ligand. » Mais son équipe l'a surnommée ROSALIND pour faire court, en l'honneur du pharmacien célèbre Rosalind Franklin, qui a découvert la double helice d'ADN à côté de James Watson et du torticolis de Francis. Anniversaire de Franklin le 100th aurait été le mois prochain (25 juillet).

« Son fonctionnez essentiellement nous a éventuellement permis d'apprendre comment reprogrammer l'ADN pour agir en notre technologie, » Lucks a dit.

En lançant ce projet, les chances ont pris l'inspiration d'un autre scientifique de femme dans sa durée : son épouse, jeune du nord-ouest de sérums d'anthropologue, qui étudie la garantie globale de nourriture et d'eau et le rôle de l'insécurité de l'eau de famille dans le bien-être social.

Les « sérums recherche comment la qualité de l'eau faible influence des durées de People's Daily, » Lucks ont dit. Les « gens tendent à aller aux sources les plus pratiques pour obtenir l'eau. Mais s'ils savaient que l'eau était contaminée, ils pourraient choisir de se déplacer plus loin pour trouver l'eau plus sûre. Nous voulons que chacun a les outils qu'ils doivent afin de prendre des décisions au courant. »

ROSALIND dans le paradis

Pour vérifier la plate-forme neuve dans le domaine, les chances, le Jung, l'Alam, et le professeur du nord-ouest semblable Jean-Francois Gaillard ont visité le paradis, la Californie à la fin de l'année dernière.

Un an de plus tôt, une chaîne de caractères des feux de forêt massifs a effacé la ville de la Californie du nord, détruisant presque 19.000 constructions et déplaçant la majeure partie de sa population. Gaillard, un professeur du bureau d'études environnemental, est un expert en matière de procédés biogéochimiques qui affectent des métaux dans le système aquatique.

Les « feux de forêt ont fondamentalement fondu la ville, » Lucks a dit. « Ils ont brûlé en bas des constructions et ont fondu les véhicules qui ont déchargé les métaux toxiques dans l'environnement. »

Les chances, le Gaillard, et leurs équipes ont vérifié ROSALIND à côté des tests d'eau d'étalon-or et ont découvert que ROSALIND pouvait recenser la présence des métaux toxiques élevés dans l'approvisionnement en eau. Il également a fourni des résultats beaucoup plus rapidement et moins chers.

Les chances et son équipe envisagent que ROSALIND pourrait aider des efforts de guérison comme celui dans le paradis, dans lequel des résidants requis pour réaliser des dizaines de milliers d'essais afin de savoir s'il était sûre ressaisir leur communauté.

Le « essai en laboratoire n'écaille pas, » Alam a dit. « Il ne devrait pas prendre des jours pour obtenir une réponse à la question simple : « Mon eau il est-il sûre boire ? «  »

Difficultés du contrôle à l'intérieur des frontières

Les catastrophes, naturellement, ne sont pas les seules causes de l'eau dangereuse. Les métaux lourds, tels que le cuivre et le fil, qui sont naturellement trouvés dans l'environnement peuvent coller comme une sangsue dans des tuyaux, contaminant des tarauds d'eau de famille, et des postes d'eau potable d'école.

Les produits de soins personnels, tels que des écrans solaires et des lotions, enlèvent la peau des gens, et finissent dans des voies d'eau. Les pharmaceutiques inutilisées et les herbicides des instruments aratoires, aussi, liquidation de sinistres dans notre eau et finissent dans nos bassins.

Mais, à moins que nous puissions directement -- et régulièrement -- déterminez ces polluants, là n'êtes aucune voie de mettre à jour une paix de l'esprit.

En vérifiant l'eau dans leur propre maison dans Evanston, l'Illinois, les chances, et les jeunes ont noté plusieurs difficultés. Les hauts niveaux de utilisation du cuivre sur beaucoup de mois ou d'années peuvent mener aux lésions au foie et même à la mort. Avec cette préoccupation, les chances ont décidé de vérifier les niveaux de cuivre dans leur eau de famille. Elle a coûté $150 et a pris un mois pour recevoir les résultats.

« C'est un test à application unique, » Lucks a dit. « Il ne tient pas compte de vérifier des niveaux de différents tarauds dans la maison ou du contrôle temporel au fil du temps. »

Déterminer le fil n'était pas beaucoup plus facile. les nécessaires de Fil-contrôle sont tout au plus les mémoires de visserie procurables. Mais après avoir rempli tube avec de l'eau, elle doit encore être expédiée à une installation centralisée. Cela coûte jusqu'à $150 selon le test et prend toujours des semaines pour des résultats.

Et si les gens veulent examiner leur eau pour assurer d'autres contaminants, tels que des antibiotiques, des tests simplement n'existez pas pour des consommateurs.

« Il y a eu beaucoup d'avances dans la diagnose se développante de remarque-de-utilisation pour surveiller des agents pathogènes, » Jung a dit. « Mais pas presque assez d'effort pour trouver les contaminants chimiques. »

« Pour assurer l'accès à l'eau potable sûre et propre, nous avons besoin de technologies qui permettront la surveillance facile de la qualité de l'eau, » Lucks avons dit. « Avec un simple, facile à utiliser, le périphérique portable aiment ROSALIND, vous pouvez vérifier l'eau dans votre maison ou à l'extérieur dans le domaine -- là où vous voudriez l'employer plus. »

Source:
Journal reference:

Jung, J. K., et al. (2020) Cell-free biosensors for rapid detection of water contaminants. Nature Biotechnology. doi.org/10.1038/s41587-020-0571-7.