Вчені з Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили нову технологію моніторингу стану ґрунту, яка використовує генетично модифіковані бактерії для виявлення забруднень і поживних речовин шляхом «світіння», передає КРВ.медіа з посиланням на дослідження. Бактерії реагують на зміни у середовищі, випромінюючи світло у певних спектрах, яке можна зафіксувати за допомогою гіперспектральних камер, встановлених на дронах або супутниках.
Чому бактерій світяться у ґрунті
Бактерії вже давно застосовуються як природні сенсори, проте їх реакції зазвичай потребували тривалого аналізу під мікроскопом. Нова технологія, розроблена у MIT, спрощує цей процес: тепер результати можна отримати всього за 30 секунд за допомогою дронів.
Генетично модифіковані бактерії здатні виробляти молекули, що світяться у відповідь на певні речовини. Наприклад, якщо у ґрунті з’являться шкідливі забруднювачі, бактерії випромінюватимуть червоне світло, а при виявленні поживних речовин — зелене.
За словами Крістофера Войгта, біоінженера з MIT, сенсори можна легко налаштовувати для виявлення різних молекул: від важких металів і токсинів до добрив.
Гіперспектральна зйомка
Фіксувати світіння бактерій допомагають спеціальні гіперспектральні камери, які встановлюють на дрони або дахи будівель. Ці камери реєструють сотні відтінків світла, які недоступні людському оку, дозволяючи виявити навіть найменші зміни у складі ґрунту.
Гіперспектральна зйомка працює так: кожен піксель зображення аналізується за сотнями довжин хвиль, завдяки чому можна точно визначити присутність певних речовин. Саме цей метод дає змогу швидко й точно локалізувати забруднення або ділянки із підвищеною родючістю.
Пошук ідеальних молекул для фіксації світіння розпочався з комп’ютерного моделювання понад 20 тисяч метаболітів. Дослідники обрали два основні варіанти: білівердин (пігмент, який додає синцям зеленого відтінку) та бактеріохлорофіл (пігмент, що використовується у фотосинтезі певних бактерій).
Гени, що кодують виробництво білівердину, були інтегровані у ґрунтову бактерію Pseudomonas putida, тоді як здатність синтезувати бактеріохлорофіл передали водній бактерії Rubrivivax gelatinosus. Ці мікроорганізми згодом змогли випромінювати сигнали, які легко вловлюються гіперспектральними камерами.
Як тестували технологію
У межах експерименту дослідники розмістили зразки ґрунту та піску в спеціальні коробки з мішенями всередині. Камери, встановлені на дронах, змогли зафіксувати світіння бактерій навіть з відстані 90 метрів.
З’ясувалося, що концентрація сигнальних молекул у зразках була у 12 разів вищою за контрольні. Це доводить, що технологія здатна ефективно працювати на великих площах без потреби в інтенсивному лабораторному аналізі.
Проєкт підтримували Міністерство оборони США та Міністерство оборони Ізраїлю. Вчені наголошують, що питання безпеки застосування генетично модифікованих бактерій у відкритому середовищі ще потребують ґрунтовного вивчення.
Світіння бактерій може стати потужним інструментом для фермерів, екологів та урядових організацій. Потенційні сфери застосування включають:
-
Моніторинг поживних речовин у ґрунті, що дозволить оптимізувати використання добрив;
-
Виявлення забруднень токсичними металами у промислових районах;
-
Швидка оцінка наслідків стихійних лих, таких як розливи небезпечних речовин.
Однією з ключових переваг є автономність системи: бактерії не потребують електричного живлення та можуть залишатися активними в польових умовах тривалий час.
Однак впровадження таких технологій супроводжується викликами: необхідно розробити чіткі регулювання щодо безпеки використання генетично модифікованих організмів та провести подальші польові випробування у реальних екосистемах.
Також радимо прочитати про те, як бактерії «секзом» допомагатимуть розкривати злочини
