"Электронный нос", который может произвести революцию в мониторинге здоровья

Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте (США) недавно объявили об изобретении нанопроволоки, которая в 10 000 раз тоньше человеческого волоса и может быть дешево выращена с помощью обычных бактерий. Ее можно настроить на "вынюхивание следов" огромного количества химических веществ - в том числе тех, которые выделяют люди, страдающие от различных заболеваний, таких как астма и болезни почек. Тысячи этих специально настроенных проводков, каждый из которых "вынюхивает" разные химические вещества, могут быть нанесены на крошечные носимые сенсоры, что позволит медицинским работникам получить беспрецедентный инструмент для мониторинга потенциальных проблем здоровья. Причем. поскольку эти проводки выращиваются бактериями, они являются органическими, биоразлагаемыми и гораздо более экологичными, чем любые неорганические нановолокна.

Данные об этой разработке были опубликованы в журнале Biosensors and Bioelectrics.

Идею ученым дал анализ функционирования человеческого носа. Один из авторов исследования профессор электротехники и вычислительной техники в Инженерном колледже Массачусетского университета Джун Яо рассказывает:

Человеческие носы имеют сотни рецепторов, каждый из которых чувствителен к одной конкретной молекуле. Они гораздо более чувствительны и эффективны, чем любое механическое или химическое устройство, которое можно сконструировать. Мы подумали, как можно использовать биологическую конструкцию, а не полагаться на синтетический материал. 

Ученые использовали бактерию, известную как Geobacter sulfurreducens, которая обладает удивительной природной способностью выращивать крошечные электропроводящие нанопроводники. 

Но G. sulfurreducens - привередливая бактерия, которой нужны особые условия для роста, что затрудняет ее масштабное использование. Поэтому ученые взяли "ген нанопроволоки", называемый pilin, из G. sulfurreducens и вставили его в ДНК кишечной палочки, одной из самых распространенных бактерий в мире. При этом они модифицировали этот ген, включив в него специфический пептид, известный как DLESFL, который чрезвычайно чувствителен к аммиаку — химическому веществу, часто присутствующему в дыхании людей с заболеваниями почек. Когда они вставили модифицированный ген pilin в ДНК кишечной палочки, генетически измененная бактерия проросла крошечными нановолокнами, покрытыми чувствительным к аммиаку пептидом. Затем команда собрала эти чувствительные к аммиаку нановолокна и встроила их в сенсор. 

Генетическая модификация нанопроводников сделала их в 100 раз более чувствительными к аммиаку, чем они были изначально. Созданные микробами нанопроводники работают в качестве сенсоров гораздо лучше, чем другие сенсоры, изготовленные из традиционных кремниевых или металлических нанопроволок.

По словам ученых, можно создавать уникальные пептиды, каждый из которых специфически связывает интересующую молекулу. Таким образом, по мере выявления молекул, выделяемых организмом и специфичных для конкретного заболевания, можно создавать сенсоры, включающие сотни различных химических "нюхательных" наноэлементов для мониторинга всевозможных состояний здоровья.