Бактерии-сенсоры научили светиться зелёным при обнаружении микропластика в воде

Генетически модифицированные микробы производят биолюминесценцию в присутствии микропластика, создавая живой сенсор, видимый здесь как обнаруживаемый сигнал зелёной флуоресценции, наложенный на изображение сканирующего электронного микроскопа. Автор: Сонг Лин Чуа

Микропластик — это крошечные фрагменты пластика, многие из которых слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооружённым глазом. Они содержатся в воздухе, почве и воде. Измерение их концентрации в природе может помочь направить ресурсы на очистку, но современные методы обнаружения остаются медленными, дорогими или требуют сложного оборудования. Теперь исследователи, опубликовавшие статью в ACS Sensors, разработали живой сенсор, который прикрепляется к пластику и производит зелёную флуоресценцию. В первоначальном тесте на реальных образцах воды биосенсор легко обнаружил экологически значимые уровни микропластика.

В настоящее время учёные обнаруживают микропластик в образцах воды с помощью микроскопов или аналитических инструментов, таких как инфракрасная или рамановская спектроскопия. Хотя эти методы точны, они требуют нескольких этапов подготовки образцов перед анализом и могут быть дорогостоящими и трудоёмкими.

Сделать шаг к более простому методу удалось Сонг Лину Чуа и его коллегам, которые создали живой сенсор микропластика на основе бактерии Pseudomonas aeruginosa. Эта бактерия часто встречается в окружающей среде и может естественным образом образовывать биоплёнки на пластиковых материалах, хотя некоторые её штаммы являются условно-патогенными для человека. Команда хотела немного модифицировать бактерию, чтобы создать живой сенсор, легко обнаруживающий микропластик в образцах воды.

Исследователи добавили два гена в неинфекционный лабораторный штамм P. aeruginosa для создания сенсора. Один ген производит белок, который активируется, когда бактериальные клетки контактируют с пластиком, а другой ген производит зелёный флуоресцентный белок в ответ. В лабораторных тестах модифицированные бактерии флуоресцировали в пробирках, содержащих кусочки пластика и питательную среду, но не в отдельных пробирках с другими материалами, такими как стекло и песок.

Измеримая флуоресценция производилась в течение 3 часов для различных пластиков, включая полиэтилентерефталат (символ переработки 1) и полистирол (символ переработки 6). Кроме того, модифицированные бактериальные клетки оставались активными до 3 дней в холодильнике (4 градуса Цельсия), что, по словам исследователей, указывает на возможность их транспортировки в полевые условия.

Чтобы проверить живой сенсор микропластика в качестве инструмента экологического мониторинга, исследователи добавили модифицированную P. aeruginosa в морскую воду из городского водного пути. Морская вода была сначала отфильтрована, а затем обработана для удаления органических веществ перед добавлением бактерий.

На основе значений интенсивности флуоресценции образцы воды содержали до 100 частей на миллион микропластика. Дальнейший анализ воды с помощью рамановской микроспектроскопии показал, что микропластик в основном состоял из биоразлагаемых типов, таких как полиакриламид, поликапролактон и метилцеллюлоза, которые биосенсор обнаружил, несмотря на то, что первоначальные тесты проводились на традиционных полимерах.

«Наш биосенсор предлагает быстрый, доступный и чувствительный способ обнаружения микропластика в экологических образцах в течение нескольких часов, — говорит Чуа. — Выступая в качестве инструмента быстрого скрининга, он может преобразовать усилия по крупномасштабному мониторингу и помочь определить очаги загрязнения для более детального анализа».

Больше информации: Detection of Microplastics Pollution Using a Green Fluorescent Protein-Based Microbial Biosensor Coupled with Raman Spectroscopy, ACS Sensors (2025). DOI: 10.1021/acssensors.5c01120

Источник: American Chemical Society