據(jù)悉，一款新型DNA計(jì)算機(jī)配備了八個(gè)小試管，當(dāng)它檢測(cè)到污染物時(shí)就會(huì)發(fā)出綠色的光。發(fā)光的試管的數(shù)量則取決于污染的數(shù)量。如果只有一個(gè)試管發(fā)亮，那么代表水樣只有微量的污染。但如果八個(gè)管子都亮起來(lái)，那么就意味著水遭到了嚴(yán)重的污染。換句話說(shuō)，污染的濃度越高信號(hào)就越高。
領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的麥考密克工程學(xué)院的Julius B. Lucks介紹稱(chēng)：“我們對(duì)每個(gè)管子進(jìn)行編程，從而使其具有不同的污染閾值。具有最低閾值的管子將會(huì)一直亮著。如果所有的管子都亮了，那么就會(huì)有一個(gè)大問(wèn)題。建立電路和可編程的DNA計(jì)算為其他類(lèi)型的智能診斷開(kāi)辟了許多可能性?！?/p>
Lucks是Nothwestern Enginnering的化學(xué)和生物工程教授，也是Synthetic Biology中心的成員。該論文的共同作者包括Jaeyoung Jung、Chloé Archuleta和Khalid Alam--他們都來(lái)自美西北大學(xué)。
認(rèn)識(shí)一下ROSALIND
這個(gè)新系統(tǒng)建立在Lucks及其團(tuán)隊(duì)于2020年7月在《Nature Biotechnology》上發(fā)表的工作基礎(chǔ)上。在這項(xiàng)工作中，該團(tuán)隊(duì)介紹了ROSALIND，它可以感知一滴水中的17種不同污染物。當(dāng)檢測(cè)到污染物超過(guò)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，它要么發(fā)綠光要么不發(fā)綠光，從而給出一個(gè)簡(jiǎn)單、易讀的陽(yáng)性或陰性結(jié)果。
為了開(kāi)發(fā)ROSALIND，Lucks和他的團(tuán)隊(duì)采用了無(wú)細(xì)胞合成生物學(xué)。通過(guò)合成生物學(xué)，研究人員將分子機(jī)器--包括DNA、RNA和蛋白質(zhì)--從細(xì)胞中取出，然后重新編程該機(jī)器以執(zhí)行新任務(wù)。當(dāng)時(shí)，Lucks將ROSALIND的內(nèi)部運(yùn)作比作“分子味蕾”。
他說(shuō)道：“我們發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌是如何自然地品嘗它們水中的東西的。它們是用小分子級(jí)的‘味蕾’來(lái)做的。無(wú)細(xì)胞合成生物學(xué)使我們能把這些小分子味蕾拿出來(lái)并把它們放到試管中。然后我們可以給它們‘重新接線’以產(chǎn)生視覺(jué)信號(hào)。它發(fā)亮進(jìn)而讓用戶快速、輕松地看到水中是否有污染物?！?/p>
分子腦力
現(xiàn)在，在新版本中--被稱(chēng)為ROSALIND 2.0--Lucks和他的團(tuán)隊(duì)增加了一個(gè)“分子大腦”。
“最初的平臺(tái)是一個(gè)生物傳感器，它的作用就像一個(gè)味蕾，”Lucks說(shuō)道，“現(xiàn)在我們?cè)黾恿艘粋€(gè)基因網(wǎng)絡(luò)，就像大腦一樣工作。生物傳感器檢測(cè)污染，但隨后生物傳感器的輸出進(jìn)入遺傳網(wǎng)絡(luò)或電路，它像大腦一樣工作并執(zhí)行邏輯。”
研究人員將重新編程的“分子大腦”冷凍干燥，進(jìn)而使其具有貨架穩(wěn)定性，然后將其放入試管。在每個(gè)試管中加入一滴水就會(huì)引發(fā)一個(gè)反應(yīng)和相互作用的網(wǎng)絡(luò)，最終使凍干的顆粒在有污染物的情況下發(fā)光。
為了測(cè)試這個(gè)新系統(tǒng)，Lucks和他的團(tuán)隊(duì)證明它可以成功地檢測(cè)出鋅、一種抗生素和一種工業(yè)代謝物的濃度水平。Lucks指出，提供污染水平--而不是簡(jiǎn)單的陽(yáng)性或陰性結(jié)果--對(duì)于告知緩解策略非常重要。
“在我們推出ROSALIND后，人們表示他們想要一個(gè)也能提供濃度的平臺(tái)。不同的污染物在不同的水平上需要不同的策略。如如果你的水中有低水平的鉛，那么你也許可以通過(guò)在使用水管之前沖洗水管來(lái)解決。但如果你的水平很高，那么你需要立即停止飲水并更換你的水管?！?/p>
賦予個(gè)人權(quán)力
最終，Lucks和他的團(tuán)隊(duì)希望賦予個(gè)人權(quán)力以定期測(cè)試他們自己的水。有了像ROSALIND這樣價(jià)格低廉的手持設(shè)備，這可能很快就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。
Lucks表示：“很明顯，我們需要讓人們獲得信息以做出重要的、有時(shí)是拯救生命的決定。我們?cè)贑OVID-19的家庭測(cè)試中看到了這一點(diǎn)。人們需要家庭測(cè)試，因?yàn)樗麄冃枰焖俸投ㄆ诘男畔?。這跟用水的情況類(lèi)似。在許多情況下，需要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行常規(guī)測(cè)量。這不是一次性的事情，因?yàn)槲廴舅綍?huì)隨著時(shí)間的推移而改變?！?/p>
