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La nueva tecnología puede detectar la presencia de metales tóxicos en el abastecimiento de agua

La nueva plataforma utiliza biología sintetizada sin células para probar para 17 contaminantes, incluyendo el guía, cobre, productos farmacéuticos y los peniques del costo de las pruebas de los cosméticos a hacer y los minutos para trabajar a investigadores probaron la plataforma en paraíso, California, donde los incendios fuera de control hicieron las toxinas incorporar el abastecimiento de agua

Una nueva tecnología de la plataforma puede fijar seguro y calidad del agua con apenas una única caída y algunos minutos.

Comparado a una prueba de embarazo, la plataforma del PDA utiliza una muestra para ofrecer un resultado positivo o negativo fácil de leer. Cuando la prueba descubre un contaminante el exceder de los patrones del EPA, brilla intensamente verde.

Llevado por los investigadores en la Universidad Northwestern, las pruebas pueden detectar 17 diversos contaminantes, incluyendo los metales tóxicos tales como guía y cobre, los productos farmacéuticos, los cosméticos, y los productos de limpieza. La plataforma -- cuál es movido por motor por biología sintetizada sin células -- es tan flexible que los investigadores pueden ponerlo al día continuamente para detectar más agentes contaminadores.

Las “pruebas de agua actuales confían en un laboratorio centralizado que contenga el equipo realmente costoso y requiera experiencia operar,” dijeron las suertes del noroeste de Julio, que llevaron el estudio. El “envío en una muestra puede costar hasta $150 y tardar varias semanas para conseguir resultados.”

“Estamos ofreciendo una tecnología que permita a cualquier persona probar directamente su propia agua y saber si tienen contaminación en cuestión de minutos. Es tan simple utilizar que podemos ponerlo en las manos de la gente que lo necesita más.”

La investigación será publicada el 6 de julio en la biotecnología de la naturaleza del gorrón. Las suertes son profesor de la ingeniería química y biológica en la escuela del noroeste de McCormick de la ingeniería y una pieza del centro para la biología sintetizada. Jaeyoung Jung y Khalid Alam, piezas del laboratorio de las suertes, son co-primeros autores del papel.

“Papilas gustativas moleculares

Un reto importante de asegurar calidad del agua es que la gente no puede ver o probar típicamente los contaminantes. La plataforma del noroeste utiliza biología sintetizada para detectar esta contaminación unnoticeable, completando los entrehierros donde faltan los sentidos humanos.

En biología sintetizada sin células, los investigadores toman la maquinaria molecular -- incluyendo la DNA, el ARN, y las proteínas -- fuera de las células, y entonces reprograme esa maquinaria para realizar nuevas tareas.

La idea es relacionada con la apertura del capo motor del vehículo y la eliminación del motor, que permite que los investigadores utilicen el motor para diferentes fines, libre de los apremios del vehículo. En este caso, las personas de las suertes utilizaron la maquinaria molecular de las células bacterianas.

La naturaleza ha resuelto ya este problema. La biología ha pasado durante tres mil millones años que desarrollaban una solución elegante para descubrir los contaminantes.”

Khalid Alam, co-autor del estudio, departamento de la ingeniería química y biológica, Universidad Northwestern,

“Descubrimos cómo las bacterias prueban naturalmente cosas en su agua,” suertes agregadas. “Hacen tan con pocas papilas gustativas del molecular-nivel “. La biología sintetizada sin células permite que saquemos esas pequeñas papilas gustativas moleculares y que las pongamos en un tubo de ensayo. Podemos entonces “telegrafiarlas de nuevo” hasta producción una señal visual. Brilla intensamente para permitir al utilizador de manera rápida y fácil ver si hay un contaminante en su agua.”

Éstos las “papilas gustativas reprogramadas” se liofilizan para llegar a ser saliente-estables y para poner en los tubos de ensayo. Agregar una caída del agua al tubo -- y entonces chasqueándolo -- fija de una reacción química que haga la bolita liofilizada brillar intensamente en presencia de un contaminante.

“La magia está en los tubos,” Lucks dijo. “Componemos todo y lo congelamos seco -- el mismo proceso que haciendo el helado del astronauta.”

Inspirado por las mujeres en ciencia

Las suertes y sus personas llaman esta plataforma “sensores de la prueba del rendimiento del ARN activada por la inducción del ligand.” Pero sus personas la han apodado ROSALIND para corto, en honor del químico famoso Rosalind Franklin, que descubrió el doble hélice de la DNA junto a James Watson y a la tortícolis de Francisco. El 100o cumpleaños de Franklin habría estado el próximo mes (25 de julio).

“Su trabaje esencialmente nos permitió eventual aprender cómo reprogramar la DNA para actuar en nuestra tecnología,” Lucks dijo.

Al comenzar este proyecto, las suertes tomaron la inspiración de otro científico de la mujer en su vida: su esposa, joven del noroeste de los sueros del antropólogo, que estudia seguridad alimentario global y del agua y el papel de la inseguridad del agua del hogar en bienestar social.

Los “sueros investigan cómo la calidad del agua pobre afecta las vidas de Diario del Pueblo,” a Lucks dijeron. La “gente tiende a ir a las fuentes más convenientes a conseguir el agua. Pero si sabían que el agua fue contaminada, puede ser que elijan viajar más lejos para encontrar un agua más segura. Quisiéramos que todo el mundo tuviera las herramientas que necesitan para tomar decisiones informadas.”

ROSALIND en paraíso

Para probar la nueva plataforma en el campo, las suertes, Jung, Alam, y profesor del noroeste compañero Jean-Francois Gaillard visitaron el paraíso, California a finales del año pasado.

Un año de anterior, una cadena de incendios fuera de control masivos borró la ciudad de California septentrional, destruyendo casi 19.000 edificios y dislocando la mayor parte de su población. Gaillard, profesor de la ingeniería ambiental, es un experto en los procesos biogeoquímicos que afectan a los metales en el sistema acuático.

Los “incendios fuera de control fundieron básicamente la ciudad,” Lucks dijo. “Quemaron abajo de edificios y fundieron los vehículos que liberaron los metales tóxicos en el ambiente.”

Las suertes, Gaillard, y sus personas probaron ROSALIND junto a pruebas de agua oro-estándar y descubrieron que ROSALIND podía determinar la presencia de metales tóxicos elevados en el abastecimiento de agua. También ofreció resultados mucho más rápidamente y menos costosos.

Las suertes y sus personas preven que ROSALIND podría ayudar a esfuerzos de la recuperación como el que está en el paraíso, en el cual los residentes necesarios para realizar decenas de miles de pruebas para saber si su comunidad era segura de entrar de nuevo.

La “prueba de laboratorio no escala,” Alam dijo. “No debe tardar días para conseguir una respuesta a la pregunta simple: ¿“Es mi agua segura de beber? “”

Dificultades de la prueba en casa

Los desastres, por supuesto, no son las únicas causas del agua insegura. Los metales pesados, tales como cobre y guía, que se encuentran naturalmente en el ambiente pueden leech en los tubos, contaminando golpecitos de agua del hogar, y las fuentes de consumición de la escuela.

Los productos del cuidado personal, tales como protecciones solares y lociones, lavan lejos la piel de la gente, y terminan hacia arriba en vías fluviales. Los productos farmacéuticos inusitados y los herbicidas agrícolas, también, salida en nuestra agua y terminan hacia arriba en nuestros sumideros.

Pero, a menos que poder directamente -- y regularmente -- pruebe para estos agentes contaminadores, allí no es ninguna manera de mantener una paz interior.

Al probar el agua en su propio hogar en Evanston, Illinois, las suertes, y los jóvenes observaron varias dificultades. Los niveles consumidores del cobre durante muchos meses o años pueden llevar al daño hepático e incluso a la muerte. Con esta preocupación, las suertes decidían a verificar los niveles de cobre en su agua del hogar. Costó $150 y tardó un mes para recibir los resultados.

“Esto es una prueba de una sola vez,” Lucks dijo. “No permite verificar niveles de diversos golpecitos en la casa o la prueba temporal en un cierto plazo.”

La prueba para el guía no era mucho más fácil. los estuches de la Guía-prueba son a lo más ferreterías disponibles. Pero después de llenar un tubo de agua, todavía debe ser enviada a una instalación centralizada. Todavía cuesta hasta $150 por prueba y tarda las semanas para los resultados.

Y si la gente quiere verificar su agua para saber si hay otros contaminantes, tales como antibióticos, las pruebas no exista simple para los consumidores.

“Ha habido muchos avances en los diagnósticos del punto-de-uso que se convertían para vigilar patógeno,” Jung dijo. “Solamente no casi suficiente esfuerzo para descubrir los contaminantes químicos.”

“Para asegurar el acceso al agua potable segura y limpia, necesitamos las tecnologías que permitirán la supervisión fácil de la calidad del agua,” Lucks dijimos. “Con un simple, fácil de usar, el dispositivo del PDA tiene gusto de ROSALIND, usted puede probar el agua en su hogar o fuera en el campo -- donde usted querría utilizarlo más.”

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.