211service.com
Op DNA gebaseerde kunstmatige neus
Wetenschappers hebben een manier gevonden om snel te identificeren welke DNA-sequenties ideaal zijn voor het detecteren van een bepaalde geur en om gedroogd DNA om te zetten in geurdetectoren. Terwijl veel onderzoekers werken aan een elektronische neus om gifstoffen en explosieven te detecteren, zou dit nieuwe platform kunnen worden gebruikt om een breed scala aan sensoren te maken met behulp van bestaande high-throughput moleculaire biologie-apparatuur.
Slimme snuffelaar: De elektronische neus van Cogniscent (hierboven) gebruikt nu sensoren gemaakt van korte sequenties van enkelstrengs DNA die giftige en explosieve chemicaliën in de lucht kunnen detecteren.
Wat we nu kunnen doen, is een microarray van 20.000 sensoren nemen en die sensoren uitkiezen die het beste reageren op de betreffende geuren, zegt hoofdonderzoeker Joel White van cognitief , een bedrijf gevestigd in North Grafton, MA, dat geurdetectieapparatuur produceert.
Vergeleken met door de mens gemaakte sensortechnologieën die zijn ontwikkeld voor zien en horen, is ons vermogen om de chemische zintuigen na te bootsen - geur en smaak - relatief primitief. Om explosieve materialen zoals TNT te detecteren, ontwerpen wetenschappers doorgaans zeer specifieke polymeren die fluoresceren wanneer ze in contact komen met hun doelverbindingen. Maar het bouwen van een meer algemeen elektronisch neusplatform dat een breder scala aan chemicaliën zou kunnen detecteren, was niet mogelijk.
In het afgelopen decennium hebben White en neurowetenschapper John Kauer van Tufts University hebben gewerkt aan het verbeteren van hun gepatenteerde elektronische neus, een handheld-apparaat dat een reeks van 16 sensortypen bevat die zijn gemaakt van synthetische polymeren. Deze polymeren zijn kruisreactief, zodat verschillende sensortypen van vorm kunnen veranderen als reactie op een enkele geur - een ontwerp analoog aan de menselijke neus. De polymeren worden geverfd met een fluorescerende marker en hun activeringspatronen kunnen worden gecontroleerd via optische elektronische sensoren en geanalyseerd door een ingebouwde microprocessor. Maar na 10 jaar hard werken was het paar slechts in staat geweest om ongeveer 50 synthetische polymeren op te nemen - veel minder dan de geschatte 1.000 sensoren in een menselijke neus, die op zo'n 10.000 verschillende geuren kan reageren.
Enkele jaren geleden besloot het duo om DNA te testen, een natuurlijk polymeer dat alomtegenwoordig is in de biologische laboratoria waar de wetenschappers het grootste deel van hun tijd doorbrengen. Toen we er voor het eerst met mensen over begonnen te praten, had niemand gedacht dat met kleurstof gelabeld DNA dat op een substraat gedroogd was, zou reageren op geuren, zegt White.
De wetenschappers begonnen hun experimenten lukraak: door korte stukjes enkel- en dubbelstrengs DNA van naburige laboratoria in Tufts op te ruimen en te kijken naar hun reacties op verschillende standaardverbindingen. Hun eerste experimenten met met kleurstof gelabeld dubbelstrengs DNA gaven hen een hint dat de aanpak zou kunnen werken, maar alle sequenties die ze probeerden, reageerden op dezelfde manier op geuren.
Aan de andere kant gaf enkelstrengs DNA herhaalbare reacties op geuren, en deze reactie was afhankelijk van de specifieke sequentie van vier nucleotidetypes waaruit de genetische code bestaat. Met een typische sequentie van ongeveer 20 nucleotiden lang, heeft het team het potentieel om miljoenen sensortypes te creëren. In het huidige nummer van PLoS Biologie , beschrijven de onderzoekers de respons van slechts 30 sequenties, maar White zegt dat ze nu honderden bruikbare DNA-sequenties hebben geïdentificeerd, waaronder een die reageert op de dampsignatuur van TNT-bevattende landmijnen - een ongebruikelijke bevinding die de veelzijdigheid van de techniek aangeeft.
Alan Gelperin bij Philadelphia Monell Chemical Senses Center beschouwt de ontdekking als een belangrijke stap. Het hele veld wordt gehinderd door een gebrek aan diverse sensortechnologie, zegt hij. Dit is de eerste demonstratie dat [DNA] op deze manier kan worden gebruikt. Sinds Gelperin voor het eerst van de aanpak leerde tijdens een conferentie, heeft hij samengewerkt met natuurkundige van de Universiteit van Pennsylvania Charlie Johnson om het concept nog een stap verder te brengen door een elektronische uitlezing op te nemen die is gemaakt met koolstofnanobuistransistors.
Voor nu zegt White dat zijn team zijn DNA-sensoren naast de synthetische polymeren heeft geïntegreerd in gerichte projecten, waaronder een apparaat voor het detecteren van ammoniakgas, wat handig zou zijn voor het waarschuwen van hulpverleners bij giftige lozingen of voor het bewaken van vervuiling door veeteelt. Hij zegt dat er zelfs interesse is onder wijnboeren om een apparaat te ontwikkelen dat kan helpen bij het opsporen van namaakwijnen. Dit was nieuws voor mij, zegt White lachend.