登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
几分钟“尝”出17种水污染物 这种检测平台的“味蕾”竟来自细菌
检测水质也能像妊娠检测一样快速、便捷、准确?日前,一项由美国西北大学的研究人员领导开发的新技术成果发表在《自然·生物技术》上,这项技术通过一个手持式平台,只需几分钟,就可以检测水质中包括有毒金属、药品、化妆品和清洁洗涤品等在内的17种不同污染物。当检测到污染物超过美国环保署(EPA)公布的标准时,它就会发出绿光。
天津大学化工学院教授齐浩介绍,这项看似便捷、简单的新技术,背后离不开人类改造自然能力的巨大提升。这项新技术依托无细胞合成生物学技术,通过工程化设计,操控超过百种生物分子,让它们协同工作,最终实现污水监测的目的。
破碎细胞膜,设计细胞更方便
“这个检测污染物的‘试纸’很有意思,看似和‘验孕棒’的使用方法一样,其实它完全超越了传统试纸的生化体系,制备方法比传统试纸复杂得多。”齐浩解释说,研究团队使用了来自细菌细胞的分子机器,他们将细菌用于品尝水中小分子的“味蕾”从细胞中取出,然后将它们设计重组。这些经过重新编程的“味蕾”在冷冻干燥后,变得耐储藏,可以做成“试纸”方便使用。
“这项技术主要是利用了无细胞合成生物学。合成生物学技术主要还是以细胞为底盘进行工程化设计。但是对细胞进行工程化设计是费时和困难的。”齐浩介绍,由于活细胞生命系统的复杂性、基因元件难以标准化、细胞膜的阻碍等,细胞的生长及适应性过程通常与工程设计目标不一致,生产出大量无效产物,大大限制了对生物组件的改造。
“我们要想用人工的设计,实现更多的人工目的,就要打破细胞的束缚。无细胞合成生物学就是利用细胞资源,破碎细胞膜,从细胞中取出包括DNA、RNA和蛋白质在内的分子元件,然后重新编程,以执行新的任务。也就是在体外开放体系中,实现基因转录、蛋白质翻译和代谢过程。”齐浩解释,细胞就像一台电脑,电脑中的主板、声卡、显卡等元件各有各的用处。我们在了解了每个元件的用途后,把电脑拆开,把各个原件分解出来,可以按照我们自己的目的运用各个元件的功能,加工改造生产出更多的产品。
“无细胞合成生物学是更加微观的技术,进入了细胞的内部,在分子层面进行工程改造,来达成我们设定的目的。”齐浩介绍,这个改造工程是个庞大的体系,像这个污染物监测技术,就是通过高灵敏性RNA聚合酶、变构蛋白转录因子和合成的DNA转录模板相结合,可调节荧光激活RNA适配体的合成,使污染物的存在诱导这种适配体的转录,从而导致荧光信号产生。
发展迅猛,研究领域非常广泛
“当人们能把细胞里各种分子机器运用自如时,就已经比只能利用整个细胞的技术前进了一大步。”齐浩介绍,其实早在20世纪50年代,科研人员就已经发现细胞合成蛋白的核心机制,并且发现把细胞膜破碎掉以后,得到的细胞质也具有蛋白合成的能力。从此以后,研究人员开始展开蛋白合成的研究,确立了制备方式、实验的基本步骤。
但无细胞基因表达的转化潜力却受到多种限制,包括蛋白质合成产量低且可变,反应持续时间短和反应规模小。然而,在过去的20年中,合成生物学研究人员逐渐摆脱了无细胞基因表达潜力的束缚,实验室中的研究有了新突破,带来了更高效率和更大应用范围。除了使用微生物,也开始用植物、哺乳动物的细胞做培养细胞,还开发了很多真核细胞的系统。与此同时,蛋白质合成量随着制备工艺的发展,也越来越大。
“无细胞合成生物的研究领域非常广,无细胞的蛋白表达系统是其主要的研究方向之一。”齐浩介绍,此次污染物监测就利用了这个系统,从大肠杆菌中取出小分子水平的“味蕾”部分,设计成针对某种蛋白的表达系统。同时显现出的绿色荧光,也是通过表达一种荧光蛋白实现的。
“还可以用上千条不同序列的DNA组成各种不同的纳米结构,这也属于无细胞合成生物技术领域;在代谢工程中,通过无细胞合成生物技术,可以把各种代谢酶纯化出来,放在一个系统里,通过不同的生化反应环境,让这些蛋白协同合作,完成一个复杂的化学物质的代谢过程。”齐浩介绍。
“此外,无细胞合成生物技术还有一个重要的研究领域,就是超越自然界,创造自然界没有的东西。”齐浩解释说,我们知道,蛋白质是由20种天然的氨基酸合成的,而无细胞合成生物技术可以人工合成新的氨基酸。比如基因折纸的技术,通过人工设计DNA上的分子序列,把DNA折成字母、二维、三维等任意结构。这种折纸技术在细胞内无法实现,而应用了无细胞合成生物技术,就能造出自然界从来没有的物质。
前景广阔,但离真正应用还有距离
“虽然无细胞合成生物技术近些年的发展突飞猛进,而且应用前景广阔,但是在此次美国西北大学发布的这个污染物监测的项目之前,它更多是作为科研的手段和工具。”齐浩介绍,实验室、制药公司会用无细胞合成生物技术合成蛋白表达工具,快速简便。因为在此技术之前,要得到一种蛋白,需要分离纯化,需要花费很长时间。而应用这项技术,可以在很短的周期内,得到科研人员想要研究的蛋白,因此常常被作为生物药物筛选研发技术。
“利用类似技术,实现了高灵敏度的病毒检测,比核酸检测更灵敏,区分精准度更高,曾经被制成检测寨卡病毒的检测试剂。其实蛋白药、疫苗、检测抗体都是基于蛋白的药物,都可以应用无细胞合成生物的蛋白表达系统生成。”齐浩表示,这些目前算是比较前沿的技术,但还都在转化的过程中。
“除此之外,无细胞合成技术在工程设计方面更容易实现,通过把生命物质剥离纯化,可以生成生化试剂。没有细胞的束缚,这些试剂与现有自动化设备更容易匹配,因此也更容易在实验室中形成规模化生产。”齐浩举例说,比如通过合成生物技术合成蛋白需要两三天时间,用无细胞技术,可能一两个小时就能完成,可更好地控制蛋白的产量,实现标准化。
“利用无细胞合成生物技术合成氨基酸,还可以更好地拓展蛋白的功能。比如有些酶,我们把人工合成氨基酸放到酶的核心处之后,酶的活性会提高上百倍上千倍。”齐浩接着说,利用DNA折纸技术,可以制作类似生物分子机器人,这些纳米级的机器人可以对另外一些分子进行可控的操作。比如把DNA折成一个盒子,把抗癌的药物放到盒子中,当盒子遇到癌细胞,就会释放抗癌药物。这些都拓展了人类对自然的干预范围。
“人类要想更好地运用控制这项技术,就要更深入了解细胞中每个分子的特性。虽然无细胞合成生物技术在实验室中被广泛研究,但离真正应用于百姓生活中还有一段路要走。”齐浩预测,未来无细胞合成生物技术可能会最先应用到医药研发领域,检测类产品可能会更快地进行技术转化。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
重庆市生态环境局关于公开征求《重庆市化工园区水污染物排放标准(征求意见稿)》意见的函各有关单位和企业:为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》,进一步完善地方水污染物排放标准,推进水环境质量持续改善,市生态环境局组织修订了《重庆市化工园区水污染物排放标准(
河南省生态环境厅制定《啤酒工业水污染物排放标准》,并公开征求意见。本文件规定了啤酒工业企业水污染物排放控制、监测监控以及实施与监督要求。适用于现有啤酒工业企业水污染物的排放管理,新(改、扩)建啤酒工业企业的环境影响评价、环境保护设施设计、竣工环境保护验收、排污许可证核发及其投产后
湖北省公布2024年第一批生态环境保护执法典型案例(典型指导案例):2024年,湖北省生态环境厅认真落实《湖北省生态环境保护执法典型案例指导制度》,进一步完善生态环境保护执法典型案例收集、整理、解析和发布机制,定期与不定期地发布指导性典型案例,供各级生态环境部门参考。此次公布的5个指导性典
近日,重庆市生态环境局发布关于公开征求《重庆市页岩气水污染物排放标准(征求意见稿)》意见的函,征求意见截止时间为2024年4月12日。文件规定了页岩气行业水污染物排放控制要求、监测要求和监督管理要求。文件适用于页岩气开发企业和页岩气开发废水集中处理企业的水污染物排放管理,以及页岩气开发
近日,陵水黎族自治县人民政府网站披露了中铁二院海南投资建设有限公司私设暗管排放水污染物案。(图源:陵水黎族自治县人民政府)行政处罚书显示,陵水县综合行政执法局于2024年1月9日对中铁二院海南投资建设有限公司涉嫌私设暗管排放水污染物案立案调查。经调查,陵水县综合行政执法局执法人员于2023
经上海市人民政府批准,《半导体行业污染物排放标准》(DB31/374-2024)为上海市地方污染物排放标准,现予以发布。2024年5月1日起实施。本文件规定了半导体行业水污染物排放控制要求、大气污染物排放控制要求、污染物监测要求、达标判定要求、实施与监督等内容。本文件适用于半导体行业现有企业水和大
重庆市司法局发布《重庆市船舶污染防治条例(征求意见稿)》,《征求意见稿》共七章、三十八条,主要规定了立法目的、适用范围、政府职责、监管部门、主体责任、绿色示范区、船舶水污染物收集和接收、电子联单、岸电使用、大气污染治理、船舶洗舱、修造拆解、燃料供受作业、船舶打捞作业、船舶污染事故
经安徽省人民政府批准,安徽省生态环境厅、安徽省市场监督管理局日前联合发布省级地方标准《水产养殖业水污染物排放标准》(DB34/4722—2024),编号为DB34/4722—2024,2024年1月31日起实施。本文件适用于单个养殖水面10亩及以上的池塘养殖场、设施养殖、育苗场等封闭式水产养殖的尾水排放管理。单个
为规范广西壮族自治区污染环境类违法案件生态环境损害赔偿的办理,明确“生态环境损害显著轻微且不需要赔偿”的情形,广西壮族自治区生态环境厅印发《广西壮族自治区污染环境类违法案件生态环境损害显著轻微认定细则》,符合本细则规定的,可以认定为“生态环境损害显著轻微”,可以不启动索赔程序。广
四川省生态环境厅发布《四川省化工园区水污染物排放标准(征求意见稿)》,本文件规定了四川省辖区内化工园区中工业企业水污染物的间接排放和化工园区集中式污水处理厂的水污染物直接排放限值、监测及监督管理要求。本文件适用于化工园区中工业企业间接排放水污染物的管理及接纳化工园区工业废水的集中
1月19日,四川生态环境厅召开新闻发布会。会上,通报了3起生态环境执法典型案例。案例一达州市大竹正邦农牧有限公司以私设暗管的方式逃避监管排放水污染物案2023年8月9日,达州市大竹生态环境局执法人员对大竹正邦农牧有限公司开展现场检查。经查,发现该公司下属的钟坝养殖场通过场内雨水管网向场外无
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》,规范生态环境监测工作,生态环境部近日发布国家生态环境标准《水质水温的测定传感器法(征求意见稿)》公开征求意见,各机关团体、企事业单位和个人均可提出意见和建议。请于2024年4月22日前将意见建议书面反馈生态环境部,并注明联系人及联系方式,电子文档请同
1月10日,陕西省生态环境厅发布关于征求《地表水水质自动监测数据审核技术规范》地方标准意见的通知。征求意见时间截止到于2024年2月8日。该规范规定了地表水环境质量自动监测数据审核依据、审核过程以及审核细则要求。适用于陕西省级生态环境地表水环境质量自动监测数据审核工作,其他可参照执行。
12月21日,玉门东建材化工工业园水质净化工程项目特许经营社会资本采购公开招标,本项目总投资约13208.30万元,合作期限设定为30年,其中建设期1年,运营期29年。玉门东建材化工工业园水质净化工程项目特许经营社会资本采购公开招标公告项目概况玉门东建材化工工业园水质净化工程项目特许经营社会资本
12月19日,江阴市城市建成区水质清劣提质工程(管网修复)项目中标结果公布,中标单位为江南水务市政工程江阴有限公司,中标金额9059.202556五,工期365天。城市建成区水质清劣提质工程(管网修复)项目中标人公告项目编号:JYS202308103项目名称:江阴市“引江济太”江阴段环境治理与科创产业融合发展
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国海洋环境保护法》,防治生态环境污染,改善生态环境质量,规范水中总氮的测定方法,生态环境部制定生态环境标准《水质硫化物的测定气相分子吸收光谱法(HJ200—2023代替HJ/T200—2005)》。本标准规定了测定地表水、
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国海洋环境保护法》,防治生态环境污染,改善生态环境质量,规范水中总氮的测定方法,生态环境部制定生态环境标准《水质总氮的测定气相分子吸收光谱法(HJ199—2023代替HJ/T199—2005)》。本标准规定了测定地表水、地
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国海洋环境保护法》,防治生态环境污染,改善生态环境质量,规范水中氨氮的测定方法,生态环境部制定生态环境标准《水质氨氮的测定气相分子吸收光谱法(HJ195—2023代替HJ/T195—2005)》。本标准规定了测定地表水、地
达泽环保为温州海西镇中转站定制的垃圾渗滤液全量化设备已经于近日完成发货安装,目前正式进入调试阶段!自从浙江省《生活垃圾中转站改造提升技术导则》发布以来,浙江多地都在加速完善垃圾处理配套设施。海西镇为改善居民生活环境质量,提高镇区生活垃圾处理水平,完善垃圾处理配套设施,为镇区经济可
北京市生态环境局就北京市地方标准《地表水光谱法水质自动监测技术规范(征求意见稿)》征求意见,本文件规定了地表水光谱法水质自动监测系统构成、点位布设、基本要求、运行维护、质量保证与质量控制以及数据审核规则等要求。本文件适用于地表水水质自动监测网络的建设及应用。北京市生态环境局关于公
9月19日晚间,中持股份发布公告,近日,公司控股子公司中持(江苏)环境建设有限公司(以下简称“中持建设”)收到《延津县第一污水处理厂尾水人工湿地水质净化工程施工项目中标通知书》,确认中持建设为延津县第一污水处理厂尾水人工湿地水质净化工程施工项目中标人,投标报价10,970.50万元。本项目尾
北极星水处理网获悉,为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国海洋环境保护法》,规范入河入海排污口水质指纹溯源技术,提升入河入海排污口溯源调查科学化水平,9月14日,生态环境部办公厅发布关于公开征求国家生态环境标准《入河入海排污口监督管理技术指
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!