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A nova tecnologia pode detectar a presença de metais tóxicos na fonte de água

A plataforma nova usa a biologia sintética sem célula para testar para 17 contaminadores, incluindo o chumbo, cobre, fármacos e as moedas de um centavo do custo dos testes dos cosméticos a fazer e as actas para trabalhar pesquisadores testaram a plataforma no paraíso, Califórnia, onde os incêndios violentos fizeram com que as toxinas incorporassem a fonte de água

Uma tecnologia nova da plataforma pode avaliar a segurança e a qualidade da água com apenas uma única gota e algumas actas.

Comparado a um teste de gravidez, a plataforma handheld usa uma amostra para fornecer um resultado positivo ou negativo fácil de ler. Quando o teste detecta um contaminador exceder os padrões do EPA, incandesce verde.

Conduzido por pesquisadores na Universidade Northwestern, os testes podem detectar 17 contaminadores diferentes, incluindo metais tóxicos tais como o chumbo e o cobre, fármacos, cosméticos, e produtos de limpeza. A plataforma -- qual é posto pela biologia sintética sem célula -- é tão flexível que os pesquisadores podem continuamente o actualizar para detectar mais poluentes.

“Os testes de água actuais confiam em um laboratório centralizado que contenha o equipamento realmente caro e exija a experiência se operar,” disseram as sortes do noroeste de Julius, que conduziram o estudo. “Enviar em uma amostra pode custar até $150 e tomar diversas semanas para obter resultados.”

“Nós estamos oferecendo uma tecnologia que permita qualquer um de testar directamente sua própria água e de saber se têm a contaminação dentro de minutos. É tão simples de usar que nós podemos o pôr nas mãos dos povos que o precisam mais.”

A pesquisa será publicada o 6 de julho na biotecnologia da natureza do jornal. As sortes são um professor da engenharia química e biológica na escola do noroeste de McCormick da engenharia e em um membro do centro para a biologia sintética. Jaeyoung Jung e Khalid Alam, membros do laboratório das sortes, são co-primeiros autores do papel.

“Papilas gustativas moleculars

Um desafio principal de assegurar a qualidade de água é que os povos tipicamente não podem ver ou provar contaminadores. A plataforma do noroeste usa a biologia sintética para detectar esta contaminação unnoticeable, enchendo-se nas diferenças onde os sentidos humanos são insuficiente.

Na biologia sintética sem célula, os pesquisadores tomam a maquinaria molecular -- incluindo o ADN, o RNA, e as proteínas -- fora das pilhas, e reprogram então essa maquinaria para executar tarefas novas.

A ideia é aparentada a abrir a capa do carro e a remover o motor, que permite que os pesquisadores usem o motor para fins diferentes, livre das limitações do carro. Neste caso, a equipe das sortes usou a maquinaria molecular das pilhas bacterianas.

A natureza tem resolvido já este problema. A biologia gastou sobre três bilhão anos que evoluem uma solução elegante para detectar contaminadores.”

Khalid Alam, co-autor do estudo, departamento da engenharia química e biológica, Universidade Northwestern,

“Nós encontramos como as bactérias provam naturalmente coisas em sua água,” sortes adicionadas. “Fazem assim com poucas papilas gustativas do molecular-nível “. A biologia sintética sem célula permite que nós removam aquelas papilas gustativas moleculars pequenas e ponham-nas em um tubo de ensaio. Nós podemos então “re-fio” elas até produto um sinal visual. Incandesce para deixar rapidamente o usuário e para ver facilmente se há um contaminador em sua água.”

Estes as “papilas gustativas reprogramed” são liofilizados para tornar-se prateleira-estáveis e pôr nos tubos de ensaio. Adicionando uma gota da água à câmara de ar -- e então passando rapidamente a -- ajusta-se fora de uma reacção química que faça com que a pelota liofilizada incandesça na presença de um contaminador.

“A mágica está nas câmaras de ar,” Sorte disse. “Nós compor tudo e congelamo-lo seco -- o mesmo processo que fazendo o gelado do astronauta.”

Inspirado por mulheres na ciência

As sortes e sua equipe chamam esta plataforma do “sensores do teste da saída RNA ativada pela indução da ligante.” Mas sua equipe alcunhou-a ROSALIND para breve, em honra do químico famoso Rosalind Franklin, que descobriu a hélice dobro do ADN ao lado de James Watson e de Crick de Francis. Aniversário de Franklin o 100th seria no próximo mês (25 de julho).

“Seu trabalhe essencialmente permitiu-nos eventualmente de aprender como reprogram o ADN para actuar em nossa tecnologia,” Sorte disse.

Ao começar este projecto, as sortes tomaram a inspiração de um outro cientista da mulher em sua vida: sua esposa, jovem do noroeste dos soros do antropólogo, que estuda a segurança global do alimento e da água e o papel da insegurança da água do agregado familiar no bem estar social.

Os “soros pesquisam como a qualidade de água deficiente impacta vidas de People's Daily,” Sorte disseram. Os “povos tendem a ir às fontes as mais convenientes obter a água. Mas se souberam que a água estêve contaminada, puderam escolher viajar mais distante para encontrar uma água mais segura. Nós queremos todos ter as ferramentas que precisam a fim fazer decisões informado.”

ROSALIND no paraíso

Para testar a plataforma nova no campo, as sortes, Jung, Alam, e o professor do noroeste companheiro Jean-Francois Gaillard visitaram o paraíso, Califórnia no fim do ano passado.

Um ano mais adiantado, uma corda de incêndios violentos maciços eliminou a cidade de Califórnia do norte, destruindo quase 19.000 construções e deslocando a maioria de sua população. Gaillard, um professor da engenharia ambiental, é um perito nos processos biogeoquímicos que afectam metais no sistema aquático.

Os “incêndios violentos derreteram basicamente a cidade,” Sorte disse. “Queimaram-se abaixo das construções e derreteram-se os carros que liberaram metais tóxicos no ambiente.”

As sortes, Gaillard, e suas equipes testaram ROSALIND ao lado dos testes de água da bandeira de ouro e descobriram que ROSALIND podia identificar a presença de metais tóxicos elevados na fonte de água. Igualmente forneceu resultados muito mais rapidamente e menos caros.

As sortes e sua equipe prevêem que ROSALIND poderia ajudar esforços da recuperação como esse no paraíso, em que os residentes necessários para executar dez dos milhares de testes a fim saber se sua comunidade era segura de reenter.

De “o teste laboratório não escala,” Alam disse. “Não deve tomar dias para obter uma resposta à pergunta simples: “É minha água segura de beber? “”

Dificuldades do teste em casa

Os desastres, naturalmente, não são as únicas causas da água insegura. Os metais pesados, tais como o cobre e o chumbo, que são encontrados naturalmente no ambiente podem sanguessuga nas tubulações, contaminando torneiras de água do agregado familiar, e fontes bebendo da escola.

Os produtos dos cuidados pessoais, tais como protecção solar e loções, lavam fora a pele do pessoa, e terminam-na acima nas vias navegáveis. Os fármacos não utilizados e os herbicidas agrícolas, também, runoff em nossa água e terminam acima em nossos dissipadores.

Mas, a menos que nós pudermos directamente -- e regularmente -- não teste para estes poluentes, lá seja nenhuma maneira de manter uma paz de espírito.

Ao testar a água em sua própria HOME em Evanston, Illinois, as sortes, e os jovens notaram diversas dificuldades. Os níveis elevados de consumo de cobre sobre muitos meses ou anos podem conduzir a dano e mesmo à morte de fígado. Com este interesse, as sortes decidiram verificar os níveis de cobre em sua água do agregado familiar. Custou $150 e tomou um mês para receber os resultados.

“Este é um único teste,” Sorte disse. “Não permite verificando níveis das torneiras diferentes na casa ou o teste temporal ao longo do tempo.”

Testar para o chumbo não era muito mais fácil. os jogos do Chumbo-teste são no máximo lojas de ferragens disponíveis. Mas após ter enchido uma câmara de ar com água, ainda deve ser enviado a uma facilidade centralizada. Ainda custa até $150 pelo teste e toma semanas para resultados.

E se os povos querem verificar sua água para ver se há outros contaminadores, tais como antibióticos, testes simplesmente não exista para consumidores.

“Houve muitos avanços em diagnósticos tornando-se do ponto--uso para monitorar os micróbios patogénicos,” Jung disse. “Mas não quase bastante esforço para detectar contaminadores químicos.”

“Para assegurar o acesso à água potável segura e limpa, nós precisamos as tecnologias que permitirão a monitoração fácil da qualidade de água,” Sorte dissemos. “Com um dispositivo simples, fácil de usar, handheld goste de ROSALIND, você pode testar a água em sua HOME ou para fora no campo -- onde você quereria o usar mais.”

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.