Marcy de Luna, Rays Universiteti tərəfindən

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriSxematik diaqramlar çoxkanallı bioelektron algılama sistemlərini təsvir edir. CymA və Flavin yollarından iki analiti aşkar etmək, siqnalları emal etmək və ikili çıxışlar yaratmaq üçün kanal kimi istifadə edən çoxkanallı bioelektron sistemin sxemi . b Ag/AgCl-ə qarşı müvafiq olaraq 0,077 V və –0,220 V-də CymA və Flavin kanallarının redoks potensialları. Kredit: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62256-1

Rays Universitetinin tədqiqatçıları E. coli-ni canlı multipleksləşdirilmiş sensorlar kimi işlətmək üçün dizayn ediblər və bu genetik cəhətdən dəyişdirilmiş hüceyrələrə bioloji reaksiyalarını oxunaqlı elektrik siqnallarına çevirərək eyni vaxtda bir çox ətraf mühit toksinini aşkar edib onlara cavab verməyə imkan verib. Bu yenilik real vaxt rejimində su sistemlərinin, boru kəmərlərinin və sənaye sahələrinin biokomputasiyada potensial tətbiqləri ilə uzaqdan monitorinqinə qapı açır.

Nature Communications -da nəşr olunan yeni bir araşdırma, Ətraf Mühitin Mühafizəsi Agentliyi tərəfindən müəyyən edilmiş səviyyələrdə arsenit və kadmiumun real vaxt rejimində yerində aşkarlanması üçün innovativ metodu nümayiş etdirir.

Xu Zhang, Marimikel Charrier və Caroline Ajo-Franklin başçılıq etdiyi bu tədqiqat, adətən hər bir hədəf birləşmə üçün xüsusi rabitə kanalları tələb edən cari bioelektronik sensorlardakı əhəmiyyətli səmərəsizliyə toxunur. Tədqiqat qrupunun multipleksləşdirmə strategiyası, özü ilə işləyən platforma daxilində bakteriyaların fitri həssaslığından və uyğunlaşma qabiliyyətindən istifadə etməklə məlumat ötürmə qabiliyyətini xeyli artırır.

Ralph və Dorothy Looney bioelmlər professoru və tədqiqatın müvafiq müəllifi Ajo-Franklin, “Bu sistem bioelektronik zondlamada böyük bir sıçrayışı təmsil edir, birdən çox siqnalı bir məlumat axınına kodlayır və sonra bu məlumatları çoxlu, aydın bəli və ya yox oxunuşlarına deşifrə edir”.

Gərginliklərdə danışmaq üçün bakteriyaların mühəndisliyi

Adi bioelektron sensorlar elektrik siqnalları yaratmaq üçün mühəndis bakteriyalardan istifadə edir; lakin, hər bir analit adətən öz xüsusi hazırlanmış bakteriya tələb edir. Tədqiqatçılar müxtəlif işıq dalğalarının bir kabel üzərində fərqli məlumat axınlarını daşıdığı fiber-optik rabitədən ilhamlanıb. Onlar müxtəlif redoks potensiallarında və ya “enerjilərdə” elektrik siqnallarının eyni şəkildə bir sensordan məlumatları çoxalda biləcəyini əsaslandırdılar.

Tədqiqatın həmmüəllifi və bioelmlər üzrə doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı Zhang, “Nümunə və ya toksindən asılı olmayaraq müxtəlif enerjilərin siqnallarını necə möhkəm şəkildə ayıracağımızı müəyyənləşdirməli olduq” dedi.

Tədqiqat qrupu bu redoks imzalarını təcrid edən və hər bir toksinin varlığını və ya olmamasını göstərən ikili cavablara çevirən elektrokimyəvi üsul hazırladı. Onların işi sintetik biologiyanı elektrokimyəvi analizlə birləşdirdi, E. coli ştammlarını xüsusi olaraq arsenit və ya kadmium ilə qarşılıqlı əlaqədə olmaq üçün proqramlaşdırdı, nəticədə fərqli elektrik reaksiyaları yarandı.

Sistem eyni vaxtda bu redoks imzalarını fərqləndirən sensor massivindən istifadə etməklə vahid elektrod qurğusundan istifadə edərək iki toksin haqqında məlumat verə bilər.

İkili təhdidlərin aşkarlanması, təsirin artırılması

Multipleksləşdirilmiş sensorlar ekoloji sınaqlarda arsenit və kadmiumu EPA standart hədlərində uğurla aşkar etdilər. Xüsusilə hər iki metal mövcud olduqda sinerji toksiklik potensialı nəzərə alınmaqla, bu qabiliyyət kritikdir, bu ssenari hər iki çirkləndirici ilə müqayisədə daha böyük risk yaradır.

Tədqiqatın həmmüəllifi və biomühəndislik üzrə baş tədqiqat mütəxəssisi Çarrier “Bu sistem bizə birləşmiş təhlükələri daha səmərəli və dəqiq aşkarlamağa imkan verir” dedi. “Bundan əlavə, platforma modul olduğundan, eyni vaxtda daha çox və ya fərqli toksinləri yoxlamaq üçün genişləndirilə bilər.”

Simsiz texnologiyaların inteqrasiyası ilə sistemin nəticələri ağır metalların monitorinqindən kənara çıxır. Məsələn, sensor real vaxt rejimində su sistemlərinə, boru kəmərlərinə və sənaye sahələrinə uzaqdan nəzarət etməyə imkan verə bilər.

Əsas bioelektronik çərçivə həm də biokompüterdə gələcək tətbiqlərə işarə edir, burada mühəndis hüceyrələri təkcə ətraf mühit məlumatlarını hiss edə və saxlaya bilməyib, həm də onları elektron interfeyslər vasitəsilə potensial olaraq emal edib ötürə bilsin.

Biorəqəmsal interfeyslərin gələcəyini qurmaq

Bu tədqiqat qabaqcıl biorəqəmsal inteqrasiya üçün zəmin yaradır. Tədqiqat qrupunun işi ağıllı, özünü gücləndirən biosensor şəbəkələrinin inkişafı istiqamətində erkən, lakin diqqətəlayiq bir addımdır.

Bioelektronika sahəsi təkamül etməyə davam etdikcə, tədqiqatçılar multipleksləşdirilmiş, simsiz bakterial sensorların ətraf mühitin monitorinqi, diaqnostika və hətta biohesablama tapşırıqları üçün geniş miqyasda tətbiq oluna bilən vacib alətlərə çevrilməsini nəzərdə tuturlar, hamısı mikroorqanizmlər tərəfindən təmin edilir.

Ajo-Franklin, “Bizim yanaşmamızın əsas üstünlüyü onun uyğunlaşma qabiliyyətidir; inanırıq ki, hüceyrələrin mürəkkəb ətraf mühit və ya biotibbi məlumatları kodlaması, hesablaması və ötürməsi yalnız vaxt məsələsidir”.

Daha çox məlumat: Xu Zhang et al, Mühəndisləşdirilmiş Escherichia coli istifadə edərək çoxkanallı bioelektronik zondlama, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62256-1

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

Rays Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir