科學(xué)家們一直在開發(fā)工程細(xì)菌菌株，旨在用作檢測(cè)環(huán)境污染物的傳感器。這種細(xì)菌可用于檢測(cè)重金屬等污染物。如果部署在環(huán)境中，這些傳感器可以幫助科學(xué)家跟蹤污染物水平如何在廣泛的地理區(qū)域內(nèi)隨時(shí)間變化。需要注意的是，有人擔(dān)心轉(zhuǎn)基因細(xì)菌可能會(huì)逃到野外與其他生物共享基因。

麻省理工學(xué)院的工程師相信他們已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種方法，通過將細(xì)菌傳感器包裹在堅(jiān)固的水凝膠外殼中，防止它們逃逸到環(huán)境中，從而使細(xì)菌傳感器的部署更安全。這些項(xiàng)目的研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以將大腸桿菌嵌入水凝膠球體中，從而使他們能夠檢測(cè)到他們正在尋找的污染物，并將其與其他生物體隔離開來。

水凝膠球體還可以保護(hù)傳感器免受環(huán)境損害。有問題的細(xì)菌被設(shè)計(jì)成表達(dá)它們通常沒有的基因回路，使它們能夠檢測(cè)各種分子。電路的設(shè)計(jì)使得目標(biāo)的檢測(cè)觸發(fā)綠色熒光蛋白或生物發(fā)光的產(chǎn)生。細(xì)菌還在細(xì)胞DNA中記錄了事件的記憶。

在細(xì)菌中執(zhí)行此操作所需的遺傳回路通常包括抗生素抗性基因。研究人員說，特定的基因使他們能夠確保將遺傳回路正確插入細(xì)菌細(xì)胞中。很容易理解帶有使它們具有抗生素抗性的基因的轉(zhuǎn)基因細(xì)菌如果釋放到環(huán)境中可能是有害的。許多細(xì)菌可以使用稱為水平基因轉(zhuǎn)移的過程在不同物種之間交換基因。

為了防止這種基因交換，研究人員過去使用了一種稱為“化學(xué)遏制”的策略，涉及設(shè)計(jì)細(xì)菌傳感器，因此它們需要一種無法在野外獲得的人工分子。另一個(gè)挑戰(zhàn)是，在大量細(xì)菌中，少數(shù)細(xì)菌有可能獲得突變，使它們?cè)跊]有分子的情況下也能生存。

在這項(xiàng)研究中，研究人員通過將細(xì)菌封裝在設(shè)備中來防止它們逃逸，從而依靠物理遏制。過去，使用塑料和玻璃等材料但不起作用，因?yàn)樗鼈儠?huì)形成擴(kuò)散屏障，防止細(xì)菌與它們需要檢測(cè)的分子相互作用。通過將細(xì)菌包裹在水凝膠中，水凝膠的孔隙足夠大，可以讓糖和重金屬等分子進(jìn)入其中，細(xì)菌受到保護(hù)，仍然可以檢測(cè)重金屬分子。