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<p>氟化物、鉛和農(nóng)藥等環(huán)境污染物無處不在，甚至存在于我們體內(nèi)。雖然研究人員有簡單的方法在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測量這些污染物的濃度，但在現(xiàn)場測試要困難得多。這是因?yàn)樗鼈冃枰嘿F的專業(yè)設(shè)備。</p> <p>&nbsp;</p> <p>最近在合成生物學(xué)方面的努力利用細(xì)胞生物傳感器以一種具有成本效益和現(xiàn)場部署的方式檢測和報(bào)告環(huán)境污染物。即使取得了進(jìn)展，科學(xué)家們也一直在努力回答如何保護(hù)傳感器組件不受提取樣本中自然存在的物質(zhì)的影響。</p> <p>&nbsp;</p> <p>西北大學(xué)的一個合成生物學(xué)家跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種傳感器平臺，該平臺將能夠檢測現(xiàn)實(shí)世界樣本中的一系列環(huán)境和生物目標(biāo)。利用一種已建立的核糖開關(guān)來構(gòu)建氟化物生物傳感器，研究小組發(fā)現(xiàn)它們既能保護(hù)傳感器，又能像細(xì)胞一樣將傳感器封裝在脂肪膜內(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在今天(1月4日)發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一篇新論文中，研究人員證明，通過修改脂質(zhì)雙分子層膜的組成和穿透性，他們可以進(jìn)一步調(diào)整和控制傳感器的性能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院(Northwestern 's McCormick School of engineering)化學(xué)與生物工程教授、聯(lián)合通訊作者朱利葉斯&middot;拉克斯(Julius Lucks)說:&ldquo;產(chǎn)生了如此多的數(shù)據(jù)，其中很多是由智能手表等健康應(yīng)用程序驅(qū)動的。&rdquo;&ldquo;我們可以感知心跳、體溫，但仔細(xì)想想，我們真的沒有辦法感知化學(xué)物質(zhì)。我們生活在一個信息時代，但我們擁有的信息是如此之少&mdash;&mdash;化學(xué)傳感打開了你可以利用的巨大信息維度。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉克斯還是化學(xué)和生物工程系的副主任。他的實(shí)驗(yàn)室通過研究RNA及其在細(xì)胞中的作用，推進(jìn)了該領(lǐng)域?qū)Ψ肿酉到y(tǒng)對環(huán)境變化的響應(yīng)的理解;細(xì)胞如何利用RNA來感知環(huán)境的變化;以及如何在無細(xì)胞系統(tǒng)中使用這些概念來監(jiān)測環(huán)境的健康和可持續(xù)性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>無細(xì)胞合成生物學(xué)，即工程生物分子系統(tǒng)被用來激活生物機(jī)械而不是活細(xì)胞，因其高效、多功能和低成本而引人注目。拉克斯設(shè)計(jì)了一種利用細(xì)菌細(xì)胞提取物為基因表達(dá)反應(yīng)提供動力的核糖開關(guān)傳感器(包括熒光RNA或?qū)ξ廴疚镒龀龇磻?yīng)而發(fā)光的蛋白質(zhì))，可以在幾分鐘內(nèi)廉價(jià)地產(chǎn)生視覺輸出。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Neha Kamat是麥考密克生物醫(yī)學(xué)工程的助理教授，也是共同通訊作者，最初在他們的教員培訓(xùn)中遇到了Lucks，并對他擴(kuò)大信息獲取的愿望感興趣。Kamat的專長是工程膜和膜組裝，她想知道她是否可以使用囊泡(一種有兩層的膜)使Lucks的試管系統(tǒng)更好。</p> <p>&nbsp;</p> <p>卡馬特說:&ldquo;他們正在使用RNA及其相關(guān)機(jī)制來感知真實(shí)水樣中的分子，并產(chǎn)生有意義的輸出。&rdquo;&ldquo;我的實(shí)驗(yàn)室對通常用于包裹mRNA用于藥物傳遞的脂類進(jìn)行了大量研究，目標(biāo)是使用這些隔室來構(gòu)建更多的細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)。我們的想法是，我們可以保護(hù)朱利葉斯的開關(guān)，讓它們在可能被其他污染物污染的樣本中工作，就像細(xì)胞一樣。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>其他研究人員曾嘗試在膜內(nèi)放置傳感器，但開關(guān)停止正常工作，產(chǎn)生的信號要小得多，因?yàn)楹茈y將所有東西都裝進(jìn)小容器中，然后再將其放大。為了克服這一問題，研究小組修改了傳感器中的基因輸出，對其進(jìn)行放大和著色，這樣肉眼就能看到，&ldquo;你不需要花哨的探測器來做到這一點(diǎn)。&rdquo;拉克斯說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>封裝和保護(hù)對于傳感器來說非常重要，以使其在原生環(huán)境中正常工作，就像廢水通道中有許多其他污染物侵蝕開關(guān)。這將是&ldquo;分布式傳感&rdquo;的一個例子，可以在從農(nóng)業(yè)到人類健康等領(lǐng)域提供幫助。</p> <p>&nbsp;</p> <p>當(dāng)他們獲得西北大學(xué)生命過程化學(xué)研究所(CLP)的Cornew創(chuàng)新獎時，他們更正式地走到了一起，向CLP的顧問委員會介紹了他們&ldquo;潛在的顛覆性&rdquo;想法。該團(tuán)隊(duì)獲得了種子基金來實(shí)現(xiàn)他們的想法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉克斯稱這個項(xiàng)目是一個&ldquo;起點(diǎn)&rdquo;，他們將能夠?qū)鞲衅髑度氲礁嗟牟牧现?，包括可以改變屬性?amp;ldquo;智能&rdquo;材料，就像在生物學(xué)中一樣。</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉克斯說:&ldquo;作為合成生物學(xué)家，我們的主要主題之一是發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)并關(guān)注自然。&rdquo;&ldquo;它已經(jīng)在做什么?&rdquo;我們能否在此基礎(chǔ)上，讓它更多地滿足我們的需求?&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>氟化物成為了一個明顯的選擇，因?yàn)橛幸环N天然的RNA分子可以感知它，這使得研究小組可以設(shè)計(jì)一種更簡單的機(jī)制。但在未來，Kamat和Lucks對傳感器的應(yīng)用范圍有很高的期望。</p> <p>&nbsp;</p> <p>例如，傳感器可以通過人體流動來檢測小分子和生物標(biāo)記物，然后再通過尿液或其他被動方法回收傳感器。它還可以檢測土壤中的硝酸鹽水平，并幫助監(jiān)測徑流。除此之外，拉克斯和卡馬特還很興奮地看到軟機(jī)器人等材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，他們正在考慮如何建造類似蝴蝶的東西，通過它的腳來聞氣味。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Margrethe A. Boyd和西北大學(xué)的Walter Thavarajah也是這項(xiàng)研究的共同作者。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>