Инновации в биосенсорных технологиях: генетически модифицированные бактерии и дроны для мониторинга экологии

Ученые Массачусетского технологического института (MIT) представили революционную технологию, которая может изменить подход к мониторингу окружающей среды и сельского хозяйства. Они разработали метод, позволяющий «читать» сигналы генетически модифицированных бактерий с расстояния до 90 метров, используя дронов и гиперспектральные камеры. Это новшество открывает перспективы создания доступных биосенсоров, которые смогут эффективно отслеживать химические вещества и токсины в экосистемах.

Долгое время решением проблемы обнаружения различных молекул, таких как питательные вещества и токсины, служили специализированные лабораторные устройства. Однако новый подход, предложенный командой MIT, основан на способности бактерий производить специфические молекулы, которые излучают уникальные гиперспектральные сигналы. Гиперспектральные камеры, в отличие от обычных, могут анализировать сотни длин волн, определяя «оптические отпечатки» молекул, что позволяет выделять информацию на большом расстоянии.

Профессор Кристофер Фойгт, возглавляющий кафедру биоинженерии MIT, отметил: «Если вы стоите рядом с клеткой, вы ничего не увидите глазами, но с расстояния в сотни метров с помощью специальных камер можно получить информацию, когда она активируется». Это открытие значительно упрощает процесс мониторинга, так как теперь он может осуществляться с воздуха, экономя время и ресурсы.

В процессе разработки ученые использовали две бактерии: Pseudomonas putida, которая вырабатывает биливердин — пигмент, образующийся при распаде гемоглобина, и Rubrivivax gelatinosus, продуцирующая бактериохлорофилл, аналог хлорофилла. Исследователи проанализировали около 20 000 вариантов молекул на предмет их спектральных характеристик и оценили, как минимальные изменения в бактериальной клетке могут повлиять на производство сигнальных молекул.

Кроме того, выявленные технологии имеют широкий спектр применения. Они способны не только определять уровень загрязнителей, таких как мышьяк, но и контролировать содержание азота и других питательных веществ в почве. Как заявил один из ведущих авторов исследования, Йонатан Чемла, «нет никаких причин, по которым какой-либо датчик не будет совместим с этой технологией».

Прежде чем технология будет внедрена в массовое использование, она должна пройти сертификацию в Агентстве по охране окружающей среды США (EPA) и Министерстве сельского хозяйства (USDA). Исследовательская группа уже сотрудничает с этими организациями, чтобы оценить возможные риски и влияние на экосистемы.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, качество почвы и уровень загрязненности существенно влияют на продовольственную безопасность. Применение новых биосенсоров может значительно улучшить мониторинг экологии и сельского хозяйства, что в будущем может привести к повышению эффективности сельского производства и снижению негативного воздействия на окружающую среду.

Новая разработка MIT — это шаг к созданию более устойчивых подходов к управлению ресурсами и охране экосистем, а её дальнейшее развитие может найти широкое применение не только в США, но и за их пределами, что подчеркивает важность международного сотрудничества в области науки и технологий.