تشخیص آلودگی آب با ادغام زیست شناسی مصنوعی و نانو

پلتفرمی که تقریباً ۲۰ سال پیش برای بررسی تعامل پروتئین ها با DNA و آزمایش دقیق COVID-۱۹ طراحی شده بود اکنون برای توسعه ی یک ابزار تشخیص آلودگی آب مورد استفاده قرار گرفته است. این فناوری نوین با ترکیب دو حوزه ی پیشرفته یعنی زیست شناسی مصنوعی و فناوری نانو روشی کاملاً جدید برای نظارت بر آلاینده های شیمیایی ارائه می دهد.

به گزارش اسمارت واتر مگزین این روش به گونه ای تنظیم شده است که می تواند فلزات سنگین مانند سرب و کادمیوم را در غلظت های بسیار ناچیز به ترتیب دو و یک قسمت در میلیارد شناسایی کند. این دقت بی سابقه آزمایش آب را به سطحی کاملاً جدید ارتقا می دهد و می تواند نقش مهمی در تضمین کیفیت آب آشامیدنی ایفا کند.

این آزمایش با استفاده از میکروکانتالیور نانومکانیکی که از جنس سیلیکون ساخته شده اند و به راحتی قابل تولید انبوه هستند انجام می شود. زمانی که سطح این میکروکانتالیور با مولکول های خاصی از DNA پوشانده شود مولکول های زیست حسگری موسوم به فاکتور های رونویسی به DNA متصل شده و باعث خم شدن میکروکانتالیور می شوند.

هنگامی که این حسگر ها در معرض آلاینده های شیمیایی قرار می گیرند فاکتور های رونویسی از DNA جدا شده و باعث برگشت ریزپرتو به حالت اولیه ی خود می شوند. این تغییرات بسیار ریز و میکروسکوپی را می توان با دقت بالا اندازه گیری کرد تا حضور آلاینده های خاص در آب تشخیص داده شود.

این فناوری پیشرفته با دستاورد های جولیوس لاکس زیست شناس مصنوعی دانشگاه نورث وسترن ترکیب شده است. وی نوعی حسگر زیستی سلول آزاد به نام ROSALIND (مخفف “RNA Output Sensors Activated by Ligand Induction”) توسعه داده است.

اولین مدل این حسگر می توانست با استفاده از تنها یک قطره آب ۱۷ آلاینده ی مختلف را شناسایی کند. در صورت فراتر رفتن غلظت آلاینده ها از حد استاندارد تعیین شده توسط آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده حسگر به رنگ سبز درمی آمد.

فناوری ROSALIND نیز از همان فاکتور های رونویسی استفاده می کند که در واکنش های زیستی سلول-آزاد به کار گرفته شده اند. این فاکتور ها با اتصال و جداسازی از DNA امکان کنترل بیان ژنی را فراهم می کنند.

در طول همه گیری کرونا لاکس مشاهده کرد که فناوری میکروکانتالیور نانومکانیکی برای شناسایی ویروس SARS-CoV-۲ با دقت بالا مورد استفاده قرار گرفته است. این موضوع او را بر آن داشت تا این میکروکانتالیور را با DNA مهندسی شده در آزمایشگاه خود ترکیب کند تا بتواند وجود آلاینده های شیمیایی را در آب تشخیص دهد.

نتیجه ی این همکاری توسعه ی آزمایشی فوق حساس برای شناسایی آلاینده های آب بود که توسط دکتر وینایک پی. دراوید و گاویندرا شکاوات به همراه نویسنده ی اول پژوهش دیلیپ آگاروال و دانشجوی کارشناسی ارشد تایلر لوچی انجام شد.

برای اثبات کارایی این فناوری تاین یم تحقیقاتی ابتدا آزمایش خود را روی تتراسایکلین انجام دادند. این آنتی بیوتیک به دلیل استفاده ی گسترده در زیست شناسی مصنوعی اطلاعات زیادی درباره ی رفتار آن در محیط های مختلف موجود است. سپس این حسگر برای شناسایی سرب و کادمیوم در غلظت های کمتر از چند قسمت در میلیارد مورد استفاده قرار گرفتند که رکوردی جدید در دقت فناوری های زیست حسگری به شمار می آید.

گام بعدی این تیم تحقیقاتی ساده سازی فرآیند آزمایش است. در حال حاضر مشاهده و اندازه گیری حرکات میکروسکوپی این حسگر ها نیاز به تجهیزات خاصی دارد اما دانشمندان امیدوارند که در آینده بتوانند این فناوری را برای استفاده ی عمومی و نظارت بر کیفیت آب آشامیدنی گسترش دهند.

به علاوه دانشمندان بر این باورند که این سیستم را می توان برای نظارت بر سموم در بدن انسان و کاربرد های محیط زیستی گسترده تر نیز به کار گرفت. این فناوری می تواند استاندارد های ایمنی آب آشامیدنی را افزایش داده و نقش مهمی در پیشگیری از آلودگی های محیطی ایفا کند.

انتهای پیام/