A ferramenta de detecção de contaminação mescla biologia sintética e nanotecnologia para testes de água ultrassensível

Uma plataforma desenvolvida há quase 20 anos usada anteriormente para detectar interações proteicas com o DNA e conduzir testes de covid-19 precisos foram reaproveitados para criar uma ferramenta de detecção de contaminação por água altamente sensível.

A tecnologia mescla dois campos emocionantes –Biologia sintética e nanotecnologia – para criar uma nova plataforma para monitoramento químico. Quando sintonizado para detectar diferentes contaminantes, a tecnologia pode detectar o chumbo e o cádmio dos metais em concentrações até duas partes e uma por bilhões, respectivamente, em questão de minutos.

O jornal period Publicado esta semana na revista ACS Nano e representa pesquisas de várias disciplinas na McCormick Faculty of Engineering da Northwestern.

O teste foi criado por interface microcantilevers nanomecânicos com biossensores de biologia sintética. Os minúsculos cantilevers são feitos de silício e facilmente reproduzíveis. Quando são revestidos com moléculas de DNA especialmente projetadas, moléculas de biossenses chamadas Fatores de transcrição Ligue -se ao DNA, fazendo com que os cantilevers se dobrem. Quando expostos a produtos químicos -alvo, os biossensores do fator de transcrição desbotam, fazendo com que o cantilever “Debend”, que pode ser medido com precisão para detectar os produtos químicos.

A tecnologia microcantilever foi combinada com a do biólogo sintético do noroeste Julius Lucks, que construiu e cultivou um biossensor sem células chamado Rosalind (abreviação de “sensores de saída de RNA ativados pela indução de ligante”). Seu primeiro modelo poderia sentir 17 contaminantes diferentes usando apenas uma gota de água, verde brilhante quando um contaminante excedeu os padrões da Agência de Proteção Ambiental dos EUA.

A tecnologia Rosalind é baseada nos mesmos biossensores do fator de transcrição, que foram configurados para controlar expressão gênica em uma reação livre de células, ligando e desbaste o DNA.

Durante a pandemia de coronavírus, a sorte viu a tecnologia microcantilever em ação quando foi adaptada pelos professores Vinayak P. Dravid e Gajendra Shekhawat para detectar com precisão SARS-Cov-2. Impressionados, a sorte pensou que talvez, cobrindo esses cantilevers com o DNA de Labines, que pode desencadear os cantilevers a detectar toxinas químicas. Ao combinar componentes das duas ferramentas, a dupla de McCormick-junto com o primeiro autor e pós-doutorado Dilip Agarwal e pós-graduação Tyler Lucci-criou um teste ultrassensível para contaminantes de água.

“Estes são micro e nanossistemas que não precisam de muito materials viral para fazer a diferença”, disse o especialista em nanotecnologia do noroeste Dravid. “Os microcantilevers podem fornecer uma reviravolta mais rápida, dentro de dois ou três minutos, porque aproveitam a ligação à superfície de afinidade específica. E, diferentemente da maioria dos sensores disponíveis que dependem de apenas uma proteína, podemos olhar para vários alvos ao mesmo tempo”.

A equipe começou testando a tetraciclina porque a frequência com que é usada na biologia sintética permitiu que uma base de conhecimento profunda se desenvolvesse sobre como a tetraciclina se comporta e depois passou a detectar chumbo e cádmio para apenas algumas partes por bilhão, um registro para abordagens de detecção de biossensores.

As equipes esperam simplificar ainda mais a tecnologia, que agora exige equipamentos especializados para visualizar os movimentos microscópicos de flexão. Por fim, eles acham que o dispositivo pode ser generalizado para uso em monitoramento de saúde humana para toxinas no corpo e nos contextos ambientais, como elevar padrões para a segurança da água potável.