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La nuova tecnologia può percepire la presenza di metalli tossici nel rifornimento idrico

La nuova piattaforma usa la biologia sintetica senza cellula per provare a 17 agenti inquinanti, compreso cavo, rame, prodotti farmaceutici ed i penny di costo delle prove dei cosmetici da fare ed i minuti per lavorare i ricercatori hanno collaudato la piattaforma nel paradiso, la California, in cui gli incendi violenti hanno indotto le tossine ad entrare nel rifornimento idrico

Una nuova tecnologia della piattaforma può valutare la sicurezza e la qualità dell'acqua con appena una singola goccia ed alcuni minuti.

Paragonato ad un test di gravidanza, la piattaforma tenuta in mano usa un campione per fornire un risultato positivo o negativo facile da leggere. Quando la prova individua un agente inquinante superare gli standard del EPA, emette luce verde.

Piombo dai ricercatori alla Northwestern University, le prove possono percepire 17 agenti inquinanti differenti, compreso i metalli tossici quali cavo e rame, prodotti farmaceutici, cosmetici e prodotti di pulizia. La piattaforma -- quale è alimentato da biologia sintetica senza cellula -- è così flessibile che i ricercatori possono aggiornarlo continuamente per percepire più agenti inquinanti.

“Le prove di acqua correnti contano su un laboratorio centralizzato che contiene la strumentazione realmente costosa e richiede la competenza di funzionare,„ hanno detto le fortuna nordoccidentali di Julius, che piombo lo studio. “Introdurre un campione può costare fino a $150 e richiedere parecchie settimane per ottenere i risultati.„

“Stiamo offrendo una tecnologia che permette a chiunque direttamente di provare la loro propria acqua e di sapere se hanno contaminazione in pochi minuti. È così semplice da usare che possiamo metterlo nelle mani della gente che lo ha bisogno più.„

La ricerca sarà pubblicata il 6 luglio in biotecnologia della natura del giornale. Le fortuna è un professore di assistenza tecnica chimica e biologica nel banco nordoccidentale di McCormick di assistenza tecnica ed in un membro del centro per biologia sintetica. Jaeyoung Jung e Khalid Alam, membri del laboratorio delle fortuna, sono co-primi autori del documento.

“Papille gustative molecolari

Una sfida importante di assicurazione della qualità dell'acqua è che la gente non può vedere o assaggiare tipicamente gli agenti inquinanti. La piattaforma nordoccidentale usa la biologia sintetica per percepire questa contaminazione unnoticeable, riempiente nelle lacune dove i sensi umani sono a corto.

Nella biologia sintetica senza cellula, i ricercatori catturano il macchinario molecolare -- compreso DNA, RNA e proteine -- dalle celle e poi riprogrammi quel macchinario per eseguire le nuove mansioni.

L'idea è analoga dell'apertura della cappa dell'automobile e dell'eliminazione del motore, che permette che i ricercatori utilizzino il motore per scopi diversi, esente dai vincoli dell'automobile. In questo caso, il gruppo delle fortuna ha utilizzato il macchinario molecolare dalle celle batteriche.

La natura già ha risolto questo problema. La biologia ha speso in tre miliardo anni che evolvono una soluzione elegante per individuare gli agenti inquinanti.„

Khalid Alam, co-author di studio, dipartimento di assistenza tecnica chimica e biologica, Northwestern University,

“Abbiamo scoperto come i batteri assaggiano naturalmente le cose in loro acqua,„ le fortuna aggiunte. “Agiscono in tal modo con piccolo “delle le papille gustative livelle molecolare. La biologia sintetica senza cellula permette che noi eliminiamo quelle piccole papille gustative molecolari e le mettiamo in una provetta. Possiamo poi “riavvolgerli„ fino a prodotti un segnale visivo. Emette luce per lasciare rapidamente l'utente e per vedere facilmente se c'è un agente inquinante in loro acqua.„

Questi “papille gustative„ riprogrammate sono liofilizzati per diventare scaffale-stabili e mettere nelle provette. Aggiungendo una goccia di acqua al tubo -- e poi passandolo rapidamente -- provoca una reazione chimica che induce la pallina liofilizzata ad emettere luce in presenza di un agente inquinante.

“La magia è nei tubi,„ Lucks ha detto. “Componiamo tutto e lo congeliamo asciutto -- lo stessi elaborano come fabbricazione del gelato dell'astronauta.„

Ispirato dalle donne nella scienza

Le fortuna ed il suo gruppo chiamano questa piattaforma “sensori di prova dell'output del RNA attivata tramite induzione del legante.„ Ma il suo gruppo la ha soprannominata ROSALIND in breve, in onore del chimico famoso Rosalind Franklin, che ha scoperto la doppia elica del DNA accanto a James Watson ed al torcicollo di Francis. Compleanno di Franklin il 100th sarebbe stato il mese prossimo (25 luglio).

“Suo lavori essenzialmente finalmente ci ha permesso di imparare come riprogrammare il DNA per agire nella nostra tecnologia,„ Lucks ha detto.

Nel lanciare questo progetto, le fortuna hanno catturato l'inspirazione da un altro scienziato della donna nella sua vita: la sua moglie, giovane nordoccidentale dei sieri dell'antropologo, che studia l'obbligazione globale dell'acqua e dell'alimento ed il ruolo di insicurezza dell'acqua della famiglia nel benessere sociale.

“I sieri ricerca come la qualità dell'acqua difficile urta le vite di People's Daily,„ Lucks hanno detto. “La gente tende a andare alle sorgenti più convenienti ottenere l'acqua. Ma se sapessero che l'acqua è stata contaminata, potrebbero scegliere di viaggiare più lontano per trovare l'acqua più sicura. Vogliamo ognuno avere gli strumenti che devono per prendere le decisioni informate.„

ROSALIND nel paradiso

Per collaudare la nuova piattaforma nel campo, le fortuna, Jung, Alam ed il collega professor nordoccidentale Jean-Francois Gaillard hanno visualizzato il paradiso, la California alla conclusione dell'anno scorso.

Più in anticipo un anno, una serie di incendi violenti massicci ha cancellato la città della California del Nord, distruggente quasi 19.000 edilizie e spostante la maggior parte della sua popolazione. Gaillard, un professore di assistenza tecnica ambientale, è un esperto nei trattamenti biogeochimici che pregiudicano i metalli nel sistema acquatico.

“Gli incendi violenti hanno fuso basicamente la città,„ Lucks ha detto. “Hanno bruciato le edilizie ed hanno fuso le automobili che hanno scaricato i metalli tossici nell'ambiente.„

Le fortuna, Gaillard ed i loro gruppi hanno provato ROSALIND accanto alle prove di acqua d'oro standard ed hanno scoperto che ROSALIND poteva identificare la presenza di metalli tossici elevati nel rifornimento idrico. Egualmente ha fornito i risultati molto più velocemente e meno costosi.

Le fortuna ed il suo gruppo prevedono che ROSALIND potrebbe aiutare gli sforzi di ripristino come quello nel paradiso, in cui residenti stati necessari per eseguire decine di migliaia di prove per sapere se la loro comunità fosse sicura da rientrare.

“La prova di laboratorio non sottopone a operazioni di disgaggio,„ Alam ha detto. “Non dovrebbe richiedere i giorni per ottenere una risposta alla domanda semplice: “È la mia acqua sicura da bere? “„

Difficoltà di prove a casa

I disastri, naturalmente, non sono le sole cause dell'acqua pericolosa. I metalli pesanti, quali rame e cavo, che sono trovati naturalmente nell'ambiente possono sanguisuga nelle condutture, contaminando i rubinetti di acqua della famiglia e le fontanelle del banco.

I prodotti di cura personale, quali le protezioni solari e le lozioni, rimuovono l'interfaccia della gente e finiscono in canali navigabili. I prodotti farmaceutici inutilizzati ed i diserbanti agricoli, anche, scolo nella nostra acqua e finiscono nei nostri lavandini.

Ma, a meno che possiamo direttamente -- e regolarmente -- provi a questi agenti inquinanti, là non è modo mantenere una pace dello spirito.

Nel provare l'acqua nella loro propria casa in Evanston, l'Illinois, le fortuna ed i giovani hanno notato parecchie difficoltà. Gli alti livelli di consumo di rame in molti mesi o anni possono piombo a danno e perfino alla morte di fegato. Con questa preoccupazione, le fortuna hanno deciso di controllare i livelli di rame in loro acqua della famiglia. Ha costato $150 ed ha richiesto un mese per ricevere i risultati.

“Questa è una prova di una volta,„ Lucks ha detto. “Non tiene conto il controllo dei livelli dai rubinetti differenti nella casa o le prove temporali col passare del tempo.„

Provando a cavo non erano molto più facili. i kit di Cavo-prova sono al massimo ferramenta disponibili. Ma dopo il riempimento del tubo di acqua, ancora deve essere spedita ad una funzione centralizzata. Ancora costa fino a $150 per prova e richiede le settimane per i risultati.

E se la gente vuole controllare la loro acqua per vedere se ci sono altri agenti inquinanti, quali gli antibiotici, prove non esista semplicemente per i consumatori.

“Ci sono stati molti avanzamenti nei sistemi diagnostici di sviluppo di punto-de-uso per il video degli agenti patogeni,„ Jung ha detto. “Ma non quasi abbastanza sforzo per la rilevazione degli agenti inquinanti chimici.„

“Per assicurare l'accesso ad acqua potabile sicura e pulita, abbiamo bisogno delle tecnologie che permetteranno il video facile della qualità dell'acqua,„ Lucks abbiamo detto. “Con un'unità semplice, di facile impiego, tenuta in mano gradisca ROSALIND, potete provare l'acqua nella vostra casa o fuori nel campo -- dove vorreste usarlo più.„

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.