MIT研发水凝胶外壳用于防止细菌传感器外溢

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。这种细菌可以用来检测重金属等污染物。将传感器部署在环境中，可以帮助科学家追踪污染物水平如何随着时间的推移在广泛的地理区域内发生变化。需要注意的是，有人担心这种转基因细菌可能会逃到野外与其他生物体共享其基因。

麻省理工学院的工程师已经设计出一种方法，通过将细菌传感器封装在坚韧的水凝胶外壳中，防止它们逃入环境中，从而使细菌传感器的部署更加安全。项目的研究人员发现，他们可以将转基因大肠杆菌嵌入水凝胶球体中，使其能够检测到他们正在寻找的污染物，但又能与其他生物体隔离。

水凝胶球体还可以保护传感器免受环境破坏。有关细菌被设计成表达它们通常没有的基因回路，使它们有能力检测各种分子。这些电路的设计使目标的检测触发绿色荧光蛋白或生物发光的产生。细菌还可以将该事件的记忆记录在细胞DNA中。

细菌中做到这一点所需的基因回路通常包括抗生素抗性基因。研究人员表示，一个特定的基因可以让他们确保基因回路正确地插入到细菌细胞中。这很容易理解，带有使其具有抗生素抗性的基因的转基因细菌如果释放到环境中，会如何有害。许多细菌可以使用一种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被称为 "化学遏制"的策略，涉及设计细菌传感器，使它们需要一种它们在野外无法获得的人工分子。另一个挑战是，在一个非常大的细菌群体中，有一小部分人有可能获得突变，使他们能够在没有分子的情况下生存。

在这项研究中，研究人员靠物理封印，将细菌封装在一个装置内，防止它们逃跑。在过去，人们使用了塑料和玻璃等材料，但并不奏效，因为它们会形成扩散障碍，阻止细菌与它们需要检测的分子相互作用。通过将细菌封装在水凝胶中，水凝胶的孔隙足够大，可以让糖和重金属等分子进入内部，细菌会在受到保护的同时仍然可以检测重金属分子。