麻省理工学院创造了一种水凝胶外壳以防止细菌传感器逃逸到野外

科学家们一直在开发工程细菌菌株，旨在用作检测环境污染物的传感器。这种细菌可用于检测重金属等污染物。如果部署在环境中，这些传感器可以帮助科学家跟踪污染物水平如何在广泛的地理区域内随时间变化。需要注意的是，有人担心转基因细菌可能会逃到野外与其他生物共享基因。

麻省理工学院的工程师相信他们已经设计出一种方法，通过将细菌传感器包裹在坚固的水凝胶外壳中，防止它们逃逸到环境中，从而使细菌传感器的部署更安全。这些项目的研究人员发现，他们可以将大肠杆菌嵌入水凝胶球体中，从而使他们能够检测到他们正在寻找的污染物，并将其与其他生物体隔离开来。

水凝胶球体还可以保护传感器免受环境损害。有问题的细菌被设计成表达它们通常没有的基因回路，使它们能够检测各种分子。电路的设计使得目标的检测触发绿色荧光蛋白或生物发光的产生。细菌还在细胞DNA中记录了事件的记忆。

在细菌中执行此操作所需的遗传回路通常包括抗生素抗性基因。研究人员说，特定的基因使他们能够确保将遗传回路正确插入细菌细胞中。很容易理解带有使它们具有抗生素抗性的基因的转基因细菌如果释放到环境中可能是有害的。许多细菌可以使用称为水平基因转移的过程在不同物种之间交换基因。

为了防止这种基因交换，研究人员过去使用了一种称为“化学遏制”的策略，涉及设计细菌传感器，因此它们需要一种无法在野外获得的人工分子。另一个挑战是，在大量细菌中，少数细菌有可能获得突变，使它们在没有分子的情况下也能生存。

在这项研究中，研究人员通过将细菌封装在设备中来防止它们逃逸，从而依靠物理遏制。过去，使用塑料和玻璃等材料但不起作用，因为它们会形成扩散屏障，防止细菌与它们需要检测的分子相互作用。通过将细菌包裹在水凝胶中，水凝胶的孔隙足够大，可以让糖和重金属等分子进入其中，细菌受到保护，仍然可以检测重金属分子。