211service.com
Een veilige en eenvoudige arseendetector
Onderzoekers van de Universiteit van Edinburgh, in Schotland, hebben de bacteriën genetisch gemodificeerd E coli sporen van arseen in drinkwater op te sporen. Ze hopen dat de op bacteriën gebaseerde technologie uiteindelijk zal leiden tot veilige, nauwkeurige en gebruiksvriendelijke veldtestkits voor arseen. Chris French, hoogleraar microbiële biotechnologie in Edinburgh, zegt dat dergelijke tests net zo gemakkelijk te gebruiken kunnen zijn als thuiszwangerschapstests en dat er geen getrainde technicus voor nodig is.
Een studententeam van de Universiteit van Edinburgh heeft genetisch gemanipuleerde bacteriën om arseen in water te detecteren. In combinatie met een druppel pH-indicator (uiterst rechts), worden monsters rood (midden) bij aanwezigheid van arseen en geel bij afwezigheid.
Arseenvergiftiging treft wereldwijd miljoenen mensen. Een van de zwaarst getroffen landen is Bangladesh, waar volgens de Wereldgezondheidsorganisatie tot 35 miljoen mensen hun drinkwater halen uit met arseen verontreinigde bronnen. De afgelopen jaren is er een gezamenlijke inspanning geleverd om de verspreiding van arseen in kaart te brengen en verontreinigde putten te markeren. In sommige gevallen hebben wetenschappers en hulpverleners watermonsters gestuurd om in laboratoria te worden getest met behulp van fluorescentietechnieken - een duur en tijdrovend proces. In andere gevallen hebben ze draagbare testkits gebruikt. De meeste van deze veldtesten vereisen echter training om giftige chemicaliën, zoals arsinegas, te bedienen en te produceren.
Er zijn zeker enkele nadelen aan bestaande veldkits, en een daarvan is de verwijdering van giftige stoffen, zegt Gregory Miller, een geochemicus van arseen bij Subsurface Technologies, een milieusaneringsbedrijf in Socorro, NM. Een ideale detector moet een lage detectielimiet hebben, een hoge precisie en geen afvalstroom.
De in Edinburgh ontwikkelde arseendetector is een van de eerste praktische voorbeelden van een apparaat dat is gebouwd volgens de principes van synthetische biologie. Het doel van synthetische biologie is in de eerste plaats om de precieze functie van bepaalde DNA-sequenties of genetische delen te identificeren. Sommige delen kunnen bepaalde eiwitten aansturen. Anderen kunnen fungeren als schakelaars voor cellulaire processen. Vervolgens mixen en matchen onderzoekers hoe verschillende delen in elkaar passen om nieuwe genetische circuits te vormen, waardoor nieuwe biologische functies ontstaan in levende organismen, zoals bacteriën.
Drew Endy, assistent-professor biologische engineering aan het MIT, vergelijkt synthetische biologie met bouwen met Lego. Hij heeft geholpen bij het samenstellen van een register van standaard genetische onderdelen als bron voor wetenschappers om van te lenen, op voort te bouwen en toe te voegen. Endy is ook medeoprichter van iGEM, de jaarlijkse International Genetically Engineered Machine-competitie, waarbij de op bacteriën gebaseerde arseenbiosensor van Edinburgh in 2006 de prijs won als beste toepassing in de echte wereld.
De Edinburgh-groep ontdekte dat de bacterie E coli bezit twee schijnbaar niet-verwante genetische sequenties die, in combinatie, een effectief arseendetectieapparaat vormen. Eerste, E coli beschikt over een natuurlijk arseenontgiftingssysteem dat alleen wordt ingeschakeld in aanwezigheid van arseen. De bacterie breekt ook van nature lactose af om zuur te produceren. De onderzoekers isoleerden het arseen-switch-gen en koppelden het aan het eerste gen dat betrokken is bij de afbraak van lactose.
Ze veronderstelden dat wanneer arseen in contact komt met dit gemodificeerde E coli , zal het de arseenschakelaar activeren, waarvan het gen op zijn beurt de afbraak van melkzuur activeert. French zegt dat een eenvoudige kleurenlakmoesproef de resulterende verandering in pH-niveaus kan oppikken, wat ook wijst op de aanwezigheid van arseen. Het werkt onder laboratoriumomstandigheden, maar we hebben het niet getest met echte watermonsters, zegt hij.
Tot nu toe heeft het team gewerkt met relatief schone laboratoriumgestuurde oplossingen van water en anorganisch arseen gemengd met gemodificeerde E coli en een pH-indicator in een afgesloten glazen buis. Na een tijdje wordt het water rood of geel, afhankelijk van de aan- of afwezigheid van arseen. Een mogelijk nadeel is de vertragingstijd van de test: het duurt ongeveer vijf uur voordat de biologische interacties zijn voltooid.
Uiteindelijk hoopt de groep een goedkope en eenvoudige kit van poedergevriesdroogde bacteriën en pH-indicator te ontwerpen in een plastic wegwerpbuis met schroefdop. In de nabije toekomst kan de groep van French zijn ontwerp testen op echte watermonsters uit Bangladesh die andere biologische en chemische materialen bevatten. Voorlopig hebben de onderzoekers hun apparaat toegevoegd aan Endy's bio-bricks-register voor andere wetenschappers die misschien een betere arseenbiosensor willen bouwen.