Un computer biologic controlat de ADN oferă o modalitate ieftină și simplă de a testa concentrația de contaminanți din apa potabilă. În plus, în cadrul unor experimente s-a arătat faptul că operațiunile logice împrumutate din informatică pot fi introduse în ADN pentru a face viitoarele computere biologice mult mai puternice în ceea ce privește detectarea contaminanților.
În anul 2020, Julius Lucks și colegii acestuia din cadrul Universității Northwestern din Illinois au creat un biosenzor care poate detecta contaminanții dintr-o singură picătură de apă. Acesta conține proteine care reacționează la prezența anumitor substanțe chimice și care produc molecule fluorescente. Această reacție ușor de observat acționează ca un avertisment al faptului că o probă de apă este poluată cu anumite substanțe chimice.
Reacțiile implicate au fost inspirate de mecanismele care au evoluat în mod natural în cadrul bacteriilor. Lucks a declarat faptul că oamenii de știință au încercat inițial să dezvolte o serie de bacterii care să creeze aceste reacții. Totuși, aceștia nu au putut să le țină în viață și să le împiedice să se răspândească în mediu. Acest lucru a condus la cercetarea unei versiuni biologice sintetice, fără celule, în care mecanismele bazate pe proteine sunt îndepărtate din bacterii și utilizate izolat.
„În biologia sintetică, încercăm să reutilizam acele mașini moleculare care detectează toxine și să le reproiectăm astfel încât acestea să funcționeze așa cum vrem noi. Eliberarea unui microb modificat în apă pentru a măsura calitatea acesteia nu este o idee tocmai bună”, a declarat Lucks.
În prezent, echipa de cercetare a creat o versiune mai avansată a sistemului, care poate nu doar să avertizeze cu privire la prezența substanțelor chimice periculoase, ci și să raporteze cantitățile prezente, astfel încât oamenii să se poată lua măsurile corecte.
Sistemul, denumit ROSALIND 2.0, are opt eprubete mici, fiecare conținând un biosenzor cu o sensibilitate diferită la contaminanți. Dacă doar un tub devine fluorescent, atunci proba de apă are doar urme de contaminare. Nivelul de contaminare crește odată cu numărul de eprubete colorate.
Lucks a declarat faptul că testul se bazează pe o serie de fire de ADN „momeală”. Acestea sunt concepute pentru a se lega puternic de un produs intermediar cheie în reacția cu contaminantul, împiedicând producerea produsului fluorescent final.
Fiecare tub are cantități din ce în ce mai mari din acest tip de ADN. Deoarece etapa finală fluorescentă a reacției are loc numai după ce ADN-ul momeală este epuizat, aceasta înseamnă că un tub cu o cantitate mică de ADN momeală poate produce fluorescență în prezența contaminantului, iar un tub cu o cantitate mare de acest ADN nu. Măsurarea nivelului de contaminare poate fi măsurat pur și simplu prin analizarea șirului de opt tuburi si observarea locului în care reacția fluorescentă se oprește.
Lucks și echipa sa au demonstrat faptul că ROSALIND 2.0 ar putea detecta cu succes zincul, un antibiotic și un metabolit industrial.
De asemenea, testele fără celule pot fi liofilizate pentru depozitare și transport, și apoi activate atunci când este necesar, pur și simplu prin introducerea unei probe de apă în fiecare eprubetă.
Stabilirea concentrației unui contaminant ajută la luarea deciziei asupra acțiunii de remediere necesare. De exemplu, dacă există cantități mici de plumb în apa potabilă, atunci este posibil să fie nevoie doar să de spălarea conductelor de apă înainte de utilizare. Totuși, în cazul unor niveluri ridicate, se recomandă evitarea consumului de apă provenită din acea sursă.
„Toată lumea ar trebui să aibă aceste dispozitive. Orice persoană ar trebui să știe dacă apa din gospodărie este potabilă”, a declarat Lucks.
Având în vedere faptul că tehnologia existentă pentru evaluarea calității apei poate fi costisitoare, el speră că ROSALIND 2.0 poate ajuta în acest sens. „Încercăm să realizăm cel mai simplu și mai robust dispozitiv pentru testarea calității apei”, a adăugat acesta.
De asemenea, Lucks și echipa sa au demonstrat faptul că ADN-ul proiectat poate fi folosit pentru a efectua operațiuni logice, precum cele realizate pe computere. Pe lângă faptul că acesta poate fi proiectat să reacționeze la prezența unui material, ca în cazul ROSALIND 2.0, el poate fi modelat să reacționeze numai atunci când există două substanțe chimice specifice sau atunci când nu este găsită niciuna. Acest lucru deschide calea pentru integrarea unor analize mult mai sofisticate în teste la fel de robuste și simplu de utilizat.
