Las bacterias se pueden diseñar para comprender una variedad de moléculas, como la contaminación o los nutrientes del suelo. Sin embargo, en la mayoría de los casos, estas señales solo se pueden detectar mirando células bajo un microscopio o equipos de laboratorio sensibles similares, lo que las hace no rentables para un uso generalizado.
Utilizando un nuevo método que moviliza las células para producir moléculas que producen una combinación única de color, los ingenieros del MIT han demostrado que pueden leer estas señales bacterianas a 90 metros de distancia. Su trabajo puede desarrollar un sensor bacteriano para aplicaciones agrícolas y de otro tipo, que pueden ser monitoreadas por un dron o satélite.
“Esta es una nueva forma de obtener información de la celda”, dice Christopher Wogat, jefe del Departamento de Ingeniería Biológica del MIT y autor principal del nuevo estudio. Christopher Wigg dice.
Es visible en un papel Biotecnología de la naturalezaLos investigadores mostraron que pueden diseñar dos tipos diferentes de ingenieros bacterianos para la preparación de moléculas que abandonan las longitudes de onda específicas de la luz en los espectros de luz visibles e infrarrojos, que pueden ser una imagen con cámaras hiper espectrales. Los investigadores dicen que el informe estaba vinculado a circuitos genéticos que detectan bacterias cercanas, pero este enfoque puede mezclarse con cualquier sensor existente, como investigadores, como el arsénico u otra contaminación.
“Lo bueno de esta tecnología es que puedes conectar y reproducir cualquier sensor que quieras”, dice, “sea cual sea el sensor que quieras”. “No hay ninguna razón por la cual ningún sensor sea compatible con esta tecnología”.
Itai Levin PhD ’24 también es el principal autor de este artículo. Otros autores incluyen a los ex estudiantes de pregrado Yiwang Fan ’23 y Anna Johnson ’22, y el profesor asociado del MIT Conor Kolle.
Imágenes hipertensas
Hay muchas formas de diseñar células bacterianas para que puedan sentir un químico particular. La mayoría de estos trabajos se conectan a una salida a una salida, como una proteína fluorescente verde (GFP). Estos estudios de laboratorio funcionan bien, pero tales sensores no se pueden medir por más tiempo.
Detección de distancia a largo plazo, el equipo del MIT trajo celdas de ingenieros a la idea de producir un reportero hiperpectinal, que se puede encontrar utilizando cámaras hiperpectrales. Estas cámaras, que se inventaron por primera vez en la década de 1970, pueden determinar cuánto existen las longitudes de onda de cada color en cualquier píxel. En lugar de revelar tan rojo o verde, hay información sobre cientos de longitudes de onda diferentes en cada píxel.
Actualmente, las cámaras hipertensas se utilizan para aplicaciones como la presencia de radiación. En las áreas circundantes de Chenobal, estas cámaras se usan para medir cambios menores en el color que los metales radiactivos producen en la clorofila de las células vegetales. Las plantas también usan cámaras hipertensas para encontrar signos de desnutrición o ataques de patógenos.
El trabajo alentó al equipo del MIT a descubrir si podrían diseñar células bacterianas para producir reporteros hipertensos cuando detectan una molécula objetivo.
El reportero hiper espectral debe ser el más efectivo, debe tener una firma de riesgo con picos en múltiples longitudes de onda de luz, lo que hace que sea más fácil detectar. Los investigadores calcularon el cuántico para predecir las firmas hipertensas de aproximadamente 20,000 naturalmente encontrados naturalmente, lo que les permite identificar las muestras más únicas de emisiones de luz. Otra característica clave es el número de enzimas que el reportero necesitará diseñar en una celda, una característica que será diferente para los diferentes tipos de celdas.
“La molécula ideal es la que es realmente diferente de todo, que es reconocible, y necesita un pequeño número de enzimas para prepararlo en la célula”, dice Woget.
En este estudio, los investigadores identificaron dos moléculas diferentes, que eran mejor adecuadas para dos tipos de bacterias. Pidió los gérmenes del suelo Sudamonas PotadaUsaron un periodista llamado BLORDIAN, un pigmento que resulta en descansos de jamón. Llamó a la bacteria acuática Rubrivivax jeltinosisUsaron un tipo de bacterio clorófilo. Cada germen, los investigadores diseñaron las enzimas necesarias para preparar al reportero en la célula huésped, luego los vincularon para diseñar genéticamente los circuitos de sensores.
“Puede agregar uno de estos reporteros a una bacteria o cualquier célula que tenga un sensor genéticamente codificado en el genoma. Por lo tanto, puede responder a metales o radiación o toxinas en el suelo, o nutrientes en el suelo, o quiere responder a lo que desee”.
Sensación de larga distancia
En este estudio, los investigadores vincularon a los reporteros hipertensos con los circuitos de detección del cordón, que permiten a las células detectar otras bacterias cercanas. También ha demostrado en el trabajo después de este artículo que estas moléculas de informes pueden estar vinculadas a los sensores de productos químicos, incluido el arsénico.
Cuando examina sus sensores, los investigadores los desplegaron en cajas para que pudieran estar presentes. Las cajas se colocaron en los techos de campos, desiertos o edificios, y las celdas se desarrollaron mediante señales, que se pueden rastrear utilizando cámaras hiper espectrales en el dron. Las cámaras tardan entre 20 y 30 segundos en escanear el campo, y los algoritmos de la computadora analizan la señal para mostrar si hay un reportero hiper espectrinal.
En este artículo, los investigadores informaron imágenes a una distancia de 90 metros, pero ahora están trabajando para aumentar estas distancias.
Se imaginó que estos sensores podrían desplegarse con fines agrícolas, como detectar nitrógeno o nutrientes en el suelo. Estas aplicaciones también pueden diseñarse para funcionar en células vegetales. Encontrar minas para dicha detección es otra posible aplicación.
Antes de ser desplegado, los sensores deberán buscar la aprobación disciplinaria del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos si la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, junto con el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. Tanto Wiggat como Chamla están trabajando con las agencias, la comunidad científica y otras partes interesadas, para decidir qué tipo de preguntas deben responderse antes de la aprobación de estas tecnologías.
“Hemos estado demasiado ocupados para comprender cuáles son las escenas regulatorias y cuáles son las preocupaciones de seguridad, cuáles son los riesgos, cuáles son los beneficios de este tipo de tecnología?” Chamla dice.
