Tudomány

Izzó baktériumok egy nap megvédhetik az embereket a taposóaknáktól

A múltbéli konfliktusokból maradt szárazföldi aknák – vagy azok, amelyekben még mindig küzdenek – néma fenyegetést jelentenek az emberek milliói számára szerte a világon. A jelenlétükben világító baktériumok segítségével ezek a rejtett veszélyek egy napon megtalálhatók és biztonságosan eltávolíthatók vagy megsemmisülhetnek.

A jeruzsálemi Héber Egyetem kutatói egy évtizedet töltöttek el élő szárazföldi aknabányász-érzékelők kifejlesztésével E. coli baktériumok felhasználásával. A legutóbbi tanulmányokban ismertetik legújabb haladásukat. A géntechnológia segítségével minden baktériumot „miniatűr szentjánosbogárrá” változtathatnak a robbanóanyagokhoz kapcsolódó vegyi anyagok jelenlétében – mondta Shimshon Belkin, a Héber Egyetem mikrobiológusa a kutatás vezetője.

2019-ben több mint 5500 embert öltek meg vagy sebesítettek meg taposóaknák és robbanó háborús maradványok, és 80 százalékuk civil volt. Nemzetközi kampány a aknák betiltására. Különösen veszélyesek a gyalogsági aknák, amelyek csak néhány hüvelyk átmérőjűek és könnyen elrejthetők. A becslések szerint az eltemetett aknák száma világszerte változhat, de akár 110 millió is.

Számos stratégiát próbáltak meg a szárazföldi aknák felkutatására, például fémdetektorok alkalmazásával és felderítő állatok, köztük egy díjnyertes patkány ez 71 szárazföldi aknát segített felkutatni mielőtt visszavonult volna. Mindegyik módszer kiegyensúlyozza az előnyöket a kockázatokkal és a költségekkel.

A baktériumok újbóli bekötésének ötlete a szárazföldi aknák érzékelésére Robert Burlage-től származott, majd a tennessee-i Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban. Az 1990-es évek közepén Dr. Burlage azon dolgozott, hogy a baktériumok kigyulladjanak a szerves hulladékra és a higanyra reagálva. Új alkalmazást keresett erre a technikára, az az ötlete támadt, hogy megpróbálja megcélozni a szárazföldi aknák vegyi anyagait.

Bár Dr. Burlage elvégzett néhány kis helyszíni tesztet, nem tudta biztosítani a több finanszírozást, és továbbment. – Jaj mesém – mondta Dr. Burlage, a professzor a wisconsini Concordia Egyetemen.

Dr. Burlage munkája inspirációt jelentett az izraeli kutatók számára, és azt mondja, hogy jó utat kíván nekik a technológia előmozdítása érdekében.

A baktériumok olcsók és fogyaszthatók, és sok földön elterjedhetnek. És viszonylag gyorsan tudnak visszajelezni – órákon belül vagy akár egy nap alatt vagy izzanak, vagy nem.

Az elmúlt évben ben megjelent tanulmányokban A biotechnológia jelenlegi kutatása és Mikrobiális biotechnológia, Dr. Belkin és csapata leírja az E. coli genetikai kód két kulcsfontosságú elemének bütykölését: a „promótereknek” nevezett DNS-darabokat, amelyek a gének be- / kikapcsolóként működnek, és a „riportereket”, amelyek a fénykibocsátó reakciókat ösztönzik. E hatás elérése érdekében a kutatók olyan tengeri baktériumoktól kölcsönöztek géneket, amelyek természetesen fényt bocsátanak ki az óceánban.

A tudósok a baktériumokat a 2,4-dinitrotoluolnak vagy a DNT-nek nevezik, amely a trinitrotoluol ill. TNT illékony mellékterméke. Idővel a DNT-gőz a szárazföldi aknát körülvevő talajba szivárog, és a baktériumok kiszippanthatják.

Ahelyett, hogy szabadon barangolna, a baktériumokat apró zselatinszerű gyöngyökbe rögzítik, amelyek táplálják őket munka közben. Minden gyöngy, körülbelül egy-három milliméter átmérőjű, körülbelül 150 000 aktív sejtet tartalmaz.

A géntechnológiával módosított baktériumok ezen legújabb termései gyorsabban reagálnak és érzékenyebbek, mint a csoport baktériumai korábbi terepi tesztek– mondta Dr. Belkin. És a tudósoknak már nem kell lézerjelet használniuk a ragyogás aktiválásához.

Az egyik legfontosabb kihívás, amelyen a csoport dolgozik, a biolumineszcens baktériumok biztonságos elhelyezése egy valódi aknamezőn. Amikor aknákat észlelnek, ragyogásuk annyira halvány, hogy a hold, a csillagok vagy a közeli városok fénye elnyomhatja.

Ahhoz a problémához, hogy Aharon J. Agranat, a Héber Egyetem biomérnöke és más kutatók áprilisban beszámoltak a folyóirat Biosensors and Bioelectronics hogy kifejlesztettek egy olyan eszközt, amely védi a baktériumokat és érzékeli ragyogásukat. Ez az érzékelő rendszer ezután jelentheti eredményeit a közeli számítógépen, de laboratóriumi körülmények között nem tesztelték.

A kutatók nemrégiben helyszíni teszteket is végeztek Izraelben, együttműködve az izraeli hadsereggel a kísérletek biztonságának biztosítása érdekében, valamint egy izraeli védelmi céggel. Ezeknek a teszteknek az eredményeit nem tették közzé, de Dr. Belkin „általában nagyon sikeresnek” nevezte őket.

A jövőben a csapat azt reméli, hogy drónok segítségével baktériumérzékelőket telepítenek egy aknamezőre, így nincs szükség az emberek közelébe.

Dr. Burlage évtizedekkel ezelőtt egy másik kérdéssel találkozott, amellyel a Héber Egyetem csoportja még ma is megküzd: a hőmérséklettel. Az izraeli baktérium-érzékelők csak körülbelül 59 és 99 Fahrenheit fok között működnek, vagyis a kutatóknak meg kell találniuk, hogyan kell rendszereiket a perzselőbb sivatagi körülményekhez igazítani.

Az izraeli biomérnökök azt is elismerik, hogy baktérium-érzékelőik humanitárius és katonai célokra egyaránt felhasználhatók. A DARPA, a Védelmi Haladó Kutatási Projektek Ügynöksége hozzájárult kutatásaik finanszírozásához.

Mindazonáltal a szárazföldi aknák baktérium-érzékelői példát mutatnak arra, hogy a szintetikus biológia területe „ugrásszerűen megnőtt-e az elmúlt évtizedekben” – mondta Dr. Timothy K. Lu, a Senti Biosciences társalapítója és a Massachusettsi Intézet biológiai mérnöke. Technology, aki nem vett részt ezekben a tanulmányokban.

“Nagyon izgalmas, és remélem, hogy az ilyen jellegű alkalmazások ki fognak vándorolni a laboratóriumból a való világba” – mondta Dr. Lu.