Бактерии помогут выявлять тяжелые металлы в питьевой воде

Экологи давно бьют тревогу, что запасы абсолютно чистой воды на планете стремительно уменьшаются: следы токсинов и тяжелых металлов находят во многих природных водоемах по всей планете. Часть этих опасных веществ проникает и в питьевую воду. Причем во многих случаях человек даже не догадывается о том, что в его питье содержатся тяжелые металлы.

Главный парадокс заключается в том, что даже если на начальном отрезке водопровода вода на самом деле является чистой, то это еще не гарантирует, что, пройдя по трубам, она останется такой же. К примеру, американские специалисты провели анализ воды в водопроводе Флинта (штат Мичиган). Оказалось, что в жидкости, выходящей из очистных сооружений города свинца нет, но в воде из-под крана в жилье горожан это опасное вещество уже присутствует.

Именно поэтому ученые все чаще говорят о необходимости проводить тестирование питьевой воды на предмет наличия в ней тяжелых металлов, таких как свинец или кадмий, беря пробы непосредственно из кранов. Именно этим и занимается группа ученых из Калифорнийского университета (Сан-Диего) и исследователи из Quantitative BioSciences.

По мнению исследователей, делать объективные выводы о состоянии питьевой воды можно только при условии постоянного мониторинга, а не спорадических анализов. А для этого важно разработать систему тестирования, которая может быть установлена непосредственно на кранах, воду из которых люди используют для питья. В этих целях группа ученых применила совершенно новый подход: для мониторинга питьевой воды на предмет наличия в ней тяжелых металлов, при котором исследователи в качестве датчиков использовали бактерии.

E. coli как датчик загрязнения питьевой воды

Бактерия E. coli, она же кишечная палочка, многим известна как возбудитель многих опасных кишечных заболеваний. Но калифорнийские ученые для своих исследований использовали безвредный штамм бактерии. Биоинженеры и биологи обнаружили, что гены бактерий реагируют на загрязненную среду особым способом.

Объединив знания из разных отраслей, включая биоинженерию, синтетическую биологию, микрофлюидику, математику и другие науки, ученые создали уникальную систему, которая в течение 2 недель контролирует качество воды и сигнализирует, когда в нее попадают загрязнители.

Разработанная учеными система состоит из 2000 различных штаммов бактерий, встроенных в специальный чип из прочного полупрозрачного материала. Эта пластина разделена на крошечные камеры, в каждой из которых живет один штамм бактерии. К камерам идут крошечные каналы, по которым перемещается исследуемая вода.

В каждый из этих 2000 штаммов ученые внедрили генетический материал, благодаря которому бактерии в определенные моменты могут подавать флуоресцентные сигналы. В конкретном случае: если в воде оказывается загрязнитель и он контактирует со встроенным геном, бактерия начинает светиться.

Процессор регистрирует и анализирует световые сигналы бактерий, таким образом ученые могут определить, когда бактерии контактируют с загрязнителем. Конкретно в этом исследовании в качестве индикатора использовали тяжелые металлы, но таким же образом искусственный интеллект и саму систему можно запрограммировать на определение других загрязнителей. Поэтому можно предположить, что это открытие даст новые возможности не только исследователям, но и в дальнейшем пользователям.

Источники