Люди часто связывают бактерию Escherichia coli (кишечная палочка) с зараженной пищей, но E. coli долгое время была рабочей лошадкой в биотехнологии. Ученые из Калифорнийского университета в Ирвине продемонстрировали, что бактерия имеет дополнительную ценность как часть системы для обнаружения загрязнения воды тяжелыми металлами. Оказалось, что эта бактерия может использоваться в качестве живого датчика для обнаружения загрязнения тяжелыми металлами
Метод мониторинга воды с помощью бактриии Escherichia coli чувствителен, быстр и универсален
E. coli проявляют биохимическую реакцию в присутствии ионов металлов, небольшое изменение, которое исследователи смогли наблюдать с помощью химически собранных оптических сенсоров на основе золотых наночастиц. Благодаря машинному анализу оптических спектров метаболитов, высвобождаемых в ответ на воздействие хрома и мышьяка, ученые смогли обнаружить металлы в концентрациях, в миллиард раз меньших, чем те, которые приводят к гибели клеток, и в то же время смогли определить тип тяжелых металлов с точностью более 96 процентов.
Процесс, который, по словам исследователей, можно выполнить примерно за 10 минут, является предметом исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследователи Калифорнийского университета в Ирвине создают технологию мониторинга воды на основе кишечной палочки.
«Этот новый метод мониторинга воды, разработанный исследователями UCI, очень чувствителен, быстр и универсален», — сказала соавтор Регина Раган, профессор материаловедения и инженерии UCI. «Его можно широко использовать для мониторинга токсинов в их источниках в питьевой и поливной воде, а также в сельскохозяйственных и промышленных стоках. Эта система может обеспечить раннее предупреждение о загрязнении тяжелыми металлами для защиты здоровья человека и экосистем».
В дополнение к доказательству того, что такие бактерии, как E. coli, могут обнаруживать небезопасную воду, исследователи обратили внимание на другие необходимые компоненты — наночастицы золота, собранные с молекулярной точностью, и алгоритмы машинного обучения — которые значительно повысили чувствительность их системы мониторинга. Раган сказал, что его можно применять для обнаружения металлических токсинов, включая мышьяк, кадмий, хром, медь, свинец и ртуть, на уровнях на несколько порядков ниже нормативных пределов, чтобы обеспечить раннее предупреждение о загрязнении.
Система может работать в любой точке мира
В исследовании ученые объяснили, что они могут применять обученные алгоритмы к невидимым образцам водопроводной воды и сточных вод, а это означает, что система может быть обобщена для источников воды и водоснабжения в любой точке мира.
«Этот метод трансфертного обучения позволил алгоритмам определить, находится ли питьевая вода в пределах рекомендованных Агентством по охране окружающей среды Всемирной организацией здравоохранения ограничений для каждого загрязняющего вещества с точностью более 96% и с точностью 92% для очищенных сточных вод», — сказал Раган.
«Доступ к безопасной воде необходим для здоровья людей и планеты», — добавила она. «Новая технология, которую можно массово производить по низкой цене, необходима для мониторинга поступления множества загрязняющих веществ в систему водоснабжения, что является важной частью решения по обеспечению водной безопасности перед лицом загрязнения и изменения климата».
