在战争中遗留的或是现代战争中正在使用的地雷,对全世界数百万人的生命构成无声的威胁,而现在利用可发光的工程细菌,或许可以将这些隐患“扼杀在摇篮里”。
近日,耶路撒冷希伯来大学微生物学家ShimshonBelkin公布了最新的研究进展,该团队花了10年时间,把大肠杆菌改造成了活体地雷传感器,利用合成生物学技术改造的工程细菌,遇见炸药成分中的化学物质时就会变成“一个微型萤火虫”。
合成生物学领域资深学者、麻省理工学院生物工程专业副教授卢冠达(TimothyK.Lu)评价说:“地雷的细菌传感器体现了合成生物学领域在过去几十年中的巨大进步”,虽然他并没有参与这些研究,但他希望看到这类应用程序开始走出实验室,进入现实世界。
根据国际反地雷组织(TheInternationalCampaigntoBanLandmines,ICBL)的数据,年,有多人因地雷和战争遗留的爆炸物而死伤,其中80%是平民。有的地雷只有几英寸宽,不易探察。关于世界上地雷埋伏的总数量预计各不相同,但所有预测数据都高达1.1亿枚。
人们尝试了许多方法来确定地雷的位置,比如使用金属探测器和训练探测动物,其中包括一只屡获殊荣的老鼠,它在退役前帮助定位了71颗地雷。
而改造细菌来探测地雷的想法最初由威斯康星州康考迪亚大学教授RobertBurlage提出,细菌成本便宜,传播速度快而且范围广,可以在几小时到1天内,传播到很多地方。
20世纪90年代中期,Burlage博士致力于让细菌在有机废物和汞的处理下发光。为了寻找这种技术的新应用,他瞄准了地雷中的化学物质。
Burlage博士的工作推动了此后细菌地雷传感器的发展。
去年,Belkin团队发表了相关研究,对大肠杆菌遗传密码的两个关键组成部分进行了编辑,分别是起到基因开关作用的启动子和能引发发光反应的报告基因。为了使细菌发光,研究人员从海洋里自然发光的细菌基因组中找到了灵感。
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ShimshonBelkin(来源:TheHebrewUniversityOfJerusalem)
科学家让这种细菌适应一种叫做2,4-二硝基甲苯(DNT)的化学物质,DNT是三硝基妥鲁烯(TNT)的挥发性副产品。DNT气体会随着时间的推移渗入地雷周围的土壤中,细菌可以“嗅”出它。
Belkin博士说,这些最新的工程细菌表现比之前的细菌反应更快、更敏感,科学家们不再需要使用激光信号来激活。
该团队正在努力克服的一个关键挑战是,当把工程细菌部署到真正的雷区时,发出的光芒非常微弱,会被其它的自然光淹没。
为了帮助解决这个问题,希伯来大学的生物工程师AharonJ.Agranat和其他研究人员在4月份发表的研究中表示,他们已经开发出一种保护细菌并检测其发光的装置,这个传感器系统可以将结果报告给附近的计算机,目前这一装置还停留在实验室阶段。
Burlage博士还表示,还在努力解决的一个问题是温度。以色列的细菌传感器工作温度只有华氏59度到99度,这意味着研究人员需要弄清楚如何改造它们的系统来适应更炎热的沙漠条件。
将来,研究小组希望使用无人机在雷区部署细菌传感器,不需要人实地部署。