最初的开发成果发表在《自然-生物技术》上,这种被称为配体诱导激活的RNA输出传感器或简称ROSALIND基于无细胞合成生物学知识构建,其中细胞的"分子机器"(如DNA、RNA和蛋白质)被移除并重新编程以执行新的任务,该团队剪掉了使它们能够"品尝水中的东西"的细菌部分,并利用这一机制来测试水中的污染物。
如果17种污染物中的一种存在于单滴测试水中,输出传感器就会发绿光,作为一种简单的基于视觉的测量结果。
"我们发现了细菌是如何自然地品尝它们水中的东西的,"Lucks说。"它们用小分子级的'味蕾'来做这件事。无细胞合成生物学使我们能够把这些小分子味蕾拿出来,并把它们放到试管中。然后我们可以给它们'重新接线',以产生视觉信号。它会自行发亮,可以让用户快速、轻松地看到水中是否有污染物"。
Julius Lucks教授在现场使用ROSALIND 2.0测试水中的污染物
现在研究小组说,他们已经成功地在ROSALIND的最新版本中加入了一种"分子脑"逻辑电路。该装置仍然使用"分子味蕾"来检测样品中的污染,但是丢在八个小试管阵列中的每一个冻干颗粒都被重新编程,对污染物具有不同的敏感性。
因此,如果只有阵列左边的试管发绿光,那么样品浓度就很低。如果所有八个试管都对样品有反应,那么显然这水"有大问题"。到目前为止,该装置已经成功地在现场测试中显示了锌、一种抗生素和一种工业代谢物的水平,只需几分钟就能给出结果。
"在我们推出ROSALIND之后,人们说他们想要一个也能提供浓度的平台,"Lucks解释说。"不同的污染物在不同的水平上需要不同的策略。例如,如果你的水中有低水平的铅,那么你也许可以通过在使用水管之前冲洗水管来容忍它。但是,如果你的水平很高,那么你需要立即停止饮水,并更换你的水管"。
该项目的最终目标是生产一种廉价的手持设备,使人们能够当场测试自己的饮用水,并在一段时间内持续监测水源。
一篇关于ROSALIND 2.0开发的论文已经发表在《自然-化学生物学》杂志上。