Система обходится всего в копейки, система требует всего лишь капельки и толчка: капните крошечную каплю воды в подготовленную пробирку, один раз щелкните по пробирке, чтобы перемешать, и подождите. Если вода желтеет, значит, присутствует чрезмерное количество фторида, превышающее самые строгие нормативные стандарты EPA.
Этот метод разительно отличается от текущих тестов, которые стоят сотни долларов и часто требуют научных знаний для использования.
Исследователи протестировали систему как в лаборатории на Северо-Западе, так и в полевых условиях в Коста-Рике, где фторид естественным образом присутствует в изобилии возле вулкана Ирасу. При употреблении в больших количествах в течение длительного периода времени фтор может вызвать флюороз скелета – болезненное состояние, которое приводит к укреплению костей и суставов.
Американцы склонны думать о пользе для здоровья небольших доз фтора, укрепляющих зубы.
Но в других странах мира, особенно в некоторых частях Африки, Азии и Центральной Америки, фторид естественным образом встречается в количествах, которые опасны для потребления.
«В Соединенных Штатах мы постоянно слышим о фториде, потому что он содержится в зубной пасте и в системе водоснабжения, – сказал Джулиус Люкс из Northwestern, возглавлявший проект. "Он производит фторид кальция, который очень твердый, поэтому он укрепляет эмаль наших зубов. Но выше определенного уровня фторид также укрепляет суставы. В основном это не проблема в U.S.
Но это может стать серьезной проблемой в других странах, если ее не выявить и не решить."
Исследование было опубликовано в Интернете на прошлой неделе (дек. 13) в журнале ACS Synthetic Biology.
Люкс – доцент кафедры химической и биологической инженерии в инженерной школе Маккормика и член Северо-Западного центра синтетической биологии. Работа была выполнена в сотрудничестве с Майклом Джуэттом, профессором химической и биологической инженерии в Маккормике и директором Центра синтетической биологии. Аспиранты Уолтер Тавараджа, Адам Сильверман и Мэтью Верослофф возглавили исследование.
Успех полевых испытаний
Фтор – это естественный элемент, который может просачиваться из коренных пород в грунтовые воды. Фторид также содержится в вулканическом пепле, особенно в регионах, окружающих вулканы.
Коста-Рика, являющаяся домом для трех вулканических систем, казалась естественным местом для тестирования устройства в полевых условиях.
Мэтью Верослофф, доктор философии.D. кандидат в лабораторию Люкса ездил в Коста-Рику и брал пробы воды из грязевых луж, прудов и канав.
«Все тесты на этих полевых образцах сработали», – сказал Люкс. "Это здорово, что это работает в лаборатории, но гораздо важнее знать, что это работает в полевых условиях. Мы хотим, чтобы это было простое и практичное решение для людей, которые больше всего нуждаются в. Наша цель – дать людям возможность контролировать присутствие фторида в собственной воде."
Как это работает
Хотя прибор прост в использовании, подготовленная пробирка содержит сложную синтетическую биологическую реакцию.
Лакс потратил годы на изучение механизмов сворачивания РНК. В своем новом тесте он запускает этот механизм складывания.
«РНК сворачивается в маленький карман и ждет фторид-иона», – пояснил он. "Ион отлично поместится в этот карман.
Если ион появляется, значит, РНК экспрессирует ген, который окрашивает воду в желтый цвет. Если ион не появляется, РНК меняет форму и останавливает процесс. Это буквально переключатель."
По словам Люкса, организмы уже выполняют эту функцию в природе. «Фторид токсичен для бактерий», – сказал он. "Они используют РНК, чтобы обнаружить фторид в клетке, а затем вырабатывают белок, чтобы выкачать его и детоксифицировать."
Система Люкса работает точно так же. Но вместо того, чтобы производить протеиновый насос, его тест вырабатывает протеиновый фермент, который производит желтый пигмент, поэтому люди могут увидеть результаты простым взглядом.
Команда Люкса сублимировала реакцию РНК, которая выглядит как крошечный ватный шарик, и поместила ее в пробирку.
В таком виде реакция безопасна и стабильна при хранении. Маленькая пипетка прилагается к пробирке.
При помещении в воду пипетка абсорбирует ровно 20 микролитров – только небольшую каплю, необходимую для регидратации реакции. Оттуда требуется два часа, чтобы получить результат, который Люкс намерен ускорить в будущих итерациях.
«В настоящее время мы ограничены тестированием на фторид», – сказал Тавараджа, первый автор статьи. "Но мы пытаемся создать другие РНК, чтобы обнаруживать всевозможные цели."