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Un rilevatore di arsenico semplice e sicuro
I ricercatori dell'Università di Edimburgo, in Scozia, hanno modificato geneticamente i batteri E. coli per rilevare tracce di arsenico nell'acqua potabile. Sperano che la tecnologia basata sui batteri alla fine porterà a kit di test dell'arsenico sul campo sicuri, precisi e facili da usare. Chris French, professore di biotecnologia microbica a Edimburgo, afferma che tali test potrebbero essere facili da usare come i test di gravidanza a domicilio e non richiederebbero un tecnico qualificato.
Un team di studenti dell'Università di Edimburgo ha modificato geneticamente dei batteri per rilevare l'arsenico nell'acqua. In combinazione con una goccia dell'indicatore di pH (estrema destra), i campioni diventano rossi (al centro) in presenza di arsenico e gialli in sua assenza.
L'avvelenamento da arsenico colpisce milioni di persone in tutto il mondo. Uno dei paesi più colpiti è il Bangladesh, dove fino a 35 milioni di persone ottengono l'acqua potabile da pozzi contaminati da arsenico, secondo l'Organizzazione mondiale della sanità. Negli ultimi anni c'è stato uno sforzo concertato per mappare la distribuzione dei pozzi contaminati da arsenico e bandiera. In alcuni casi, scienziati e operatori umanitari hanno inviato campioni d'acqua da testare in laboratorio utilizzando tecniche di fluorescenza, un processo costoso e dispendioso in termini di tempo. In altri casi, hanno utilizzato kit di test portatili. La maggior parte di questi test sul campo, tuttavia, richiede una formazione per operare e produrre sostanze chimiche tossiche, come il gas arsina.
Ci sono sicuramente alcuni inconvenienti dei kit esistenti sul campo, e uno è lo smaltimento tossico, afferma Gregory Miller, geochimico dell'arsenico presso Subsurface Technologies, una società di bonifica ambientale a Socorro, nel Nuovo Messico. Un rivelatore ideale dovrebbe avere un limite di rilevamento basso, un'elevata precisione e nessun flusso di rifiuti coinvolto.
Il rilevatore di arsenico sviluppato a Edimburgo è uno dei primi esempi pratici di un dispositivo costruito utilizzando i principi della biologia sintetica. Lo scopo della biologia sintetica è, in primo luogo, identificare la funzione precisa di particolari sequenze di DNA, o parti genetiche. Alcune parti possono controllare determinate proteine. Altri possono agire come interruttori per i processi cellulari. Quindi i ricercatori mescolano e abbinano per vedere come parti diverse si incastrano per formare nuovi circuiti genetici, creando nuove funzioni biologiche all'interno di organismi viventi, come i batteri.
Drew Endy, assistente professore di ingegneria biologica al MIT, paragona la biologia sintetica alla costruzione con i Lego. Ha aiutato a assemblare un registro di parti genetiche standard come risorsa per gli scienziati da cui prendere in prestito, costruire e aggiungere. Endy è anche cofondatore di iGEM, il concorso annuale internazionale di macchine geneticamente ingegnerizzate, in cui il biosensore di arsenico a base di batteri di Edimburgo ha vinto il premio come migliore applicazione nel mondo reale nel 2006.
Il gruppo di Edimburgo ha scoperto che il batterio E. coli possiede due sequenze genetiche apparentemente non correlate che, in combinazione, formano un efficace dispositivo di rilevamento dell'arsenico. Primo, E. coli possiede un sistema naturale di disintossicazione dall'arsenico che si attiva solo in presenza di arsenico. Il batterio scompone anche naturalmente il lattosio per produrre acido. I ricercatori hanno isolato il gene dell'interruttore dell'arsenico e lo hanno collegato al primo gene coinvolto nella degradazione del lattosio.
Hanno ipotizzato che quando l'arsenico entra in contatto con questo modificato E. coli , attiverà l'interruttore dell'arsenico, il cui gene a sua volta attiverà la scomposizione dell'acido lattico. French afferma che una semplice cartina di tornasole del colore può quindi rilevare il cambiamento risultante nei livelli di pH, indicando anche la presenza di arsenico. Funziona in condizioni di laboratorio, ma non l'abbiamo testato con campioni di acqua reale, dice.
Finora, il team ha lavorato con soluzioni controllate in laboratorio relativamente pulite di acqua e arsenico inorganico mescolati con modificato E. coli e un indicatore di pH in un tubo di vetro sigillato. Dopo un po', l'acqua diventa rossa o gialla, a seconda della presenza o meno di arsenico. Un potenziale svantaggio è il tempo di ritardo del test: occorrono circa cinque ore per il completamento delle interazioni biologiche.
In definitiva, il gruppo spera di progettare un kit economico e semplice di batteri liofilizzati in polvere e indicatore di pH, in un tubo di plastica monouso con tappo a vite. Nel prossimo futuro, il gruppo di French potrebbe testare il suo design su campioni di acqua reali del Bangladesh che contengono altri materiali biologici e chimici. Per ora, i ricercatori hanno aggiunto il loro dispositivo al registro dei bio-mattoni di Endy per altri scienziati che potrebbero voler costruire un biosensore di arsenico migliore.