荧光RNA传感器在水安全方面灵敏度提升了10倍

水对人类来说基本上是无味的。但对微生物界来说，情况却恰恰相反。生活在受污染环境中的细菌花费数百万年进化出极其灵敏的分子探测器——这些蛋白质能抓住特定的化学威胁并触发细胞反应。

借用大自然的污染探测器

西北大学的化学与生物工程师朱利叶斯·卢克斯提出了一个看似简单的问题：如果我们能借用这些探测器，完全从细胞中剥离出来，然后为我们工作，会怎样？

答案是ROSALIND——一个以化学家Rosalind Franklin命名的平台，全名是RNA输出传感器由配体诱导激活。

卢克斯和他的团队没有从零开始制造传感器，而是逆向工程微生物用来检测污染物的感应分子，然后将它们重新编程到一个无细胞系统中：一个由分子机械——DNA、RNA和蛋白质精心调配的混合体——能够在任何生物体外部进行生物反应。

当ROSALIND检测到目标化学物质时，会触发荧光RNA分子的产生。样品发光。所需的实验室设备极少。现场不需要微生物学家。

调高信号音量

该平台最早版本可从一滴水中筛查17种不同污染物，标记任何超出EPA安全阈值的因素。但灵敏度是限制因素——有些污染物在极低浓度下存在，即使是设计良好的生物传感器也可能漏掉。

Lucks团队在《自然化学生物学》期刊上发表了一项解决方案，这是一种信号放大电路，利用一种长期被RNA工程师视为麻烦的酶，回收和重放检测信号，有效地在微弱读数时提高音量。

ROSALIND的最新版本灵敏度是前代的10倍，首次能够检测核酸靶点，如DNA片段和RNA，而不仅仅是小分子和金属。

从实验台到真实社区

但真正的考验并不在实验室里。罗莎琳德已经在现场了。在芝加哥地区，家庭正在使用该平台检测自来水的铅含量。

在肯尼亚农村，卢克斯的团队在数十户家庭中进行了实地试验，测量饮用水中的氟含量——这在东非部分地区是一个严重的公共卫生隐患，因为地质源自然会使氟化物浓度远超安全限度。他实验室开发的基于CRISPR的作物病原体检测器正在肯尼亚和乌干达进行实地试验。

“将技术从实验室带到实地至关重要——不仅是为了发现和纠正技术中的故障模式，还能与你试图帮助的利益相关者对接，”Lucks说。“与社会科学家合作这项工作改变了我们思考与最需要帮助的人共同开发这项技术的视角。”

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