В недавние годы биологи разработали множество штаммов модифицированных бактерий, которые можно использовать как сенсоры для обнаружения загрязнений окружающей среды, например, тяжелыми металлами. Если их поместить в природную среду, эти сенсоры помогут отслеживать изменение уровня загрязнения на большой территории, но при этом есть риск, что модифицированные бактерии начнут обмениваться генетическим материалом с дикой природой. Инженеры из MIT нашли безопасный способ распространения таких бактерий.

«Сейчас разрабатывается множество цельно-клеточных биосенсоров, но их использование в реальных условиях сопряжено с трудностями, поскольку мы не хотим, чтобы генетически модифицированные организмы обменивались генетическим материалом с дикими микробами», — заявил Тан Цучиэ, один из исследователей.

Меняя свойства бактерий, генетики могут наделять их способностью обнаруживать различные молекулы. Часто они приобретают свойство флуоресценции как реакцию на заданные вещества. В других случаях память о контакте с молекулой записывается в ДНК.

Генетические цепи в этих бактериях часто имеют гены, отвечающие за сопротивляемость антибиотикам, которые нужны для корректного внедрения цепей в клетки. Однако эти гены могут быть опасными, если попадут в окружающую среду. Многие микроорганизмы обладают способностью обмениваться генами даже между различными видами, в ходе горизонтального переноса генов.

Для предотвращения этого риска специалисты из MIT решили заключить бактерии в оболочку из гидрогеля, пишет MIT News. Природные гидрогели, вроде альгината, который получают из водорослей, слишком ненадежные, чтобы защитить клетку. Поэтому биологи разработали несколько очень прочных, эластичных видов из смеси альгината и полиакриламида. Во внешней оболочке имеются поры размером от 5 до 50 нм, через которые могут пройти молекулы — например, сахаров или тяжелых металлов. Но не ДНК или крупные белки.

Каждая такая сфера примерно 5 мм диаметром и содержит до 1 миллиарда бактериальных клеток. Исследователи протестировали их на бактериях E. coli, модифицированных для того, чтобы распознавать кадмий. Для этого их поместили в воду, взятую из реки Чарльз в США, в которую добавили кадмий. Результаты показали, что бактерии распознали тяжелый металл, а также не покинули оболочку и не распространили свой генетический материал.

В дальнейшем ученые надеются протестировать сенсоры в модельной среде, имитирующей реальные условия. Помимо поиска загрязнений такие бактерии могли бы применяться в медицине, например, для обнаружения кровотечений в пищеварительном тракте.