大肠杆菌变成人造鼻纳米线工厂

狗身上强大的鼻子以嗅出从疾病到爆炸物的所有东西的能力而闻名，但科学正在迅速赶上自己的人造鼻子范围。现在，在这个令人兴奋的领域的最新突破中，研究人员使用转基因大肠杆菌来旋转能够检测肾脏疾病产生的气味分子的导电纳米线。更重要的是，他们说他们的微生物制造工厂可以调整以制造其他电线，以接收更多的医疗条件。

当谈到通过鼻子感知我们周围的世界时，人类远远不如我们的犬类同伴。为了迎头赶上，科学家们多年来一直在努力工作，创造了一系列令人眼花缭乱的人造气味传感器。我们已经看到了人造的“鼻子”，它可以在血液或尿液样本中发现癌症，从皮肤气味中检测帕金森病，发现水中的细菌，找到被自然灾害埋在瓦砾下的人，并嗅出空气中的危险毒素。

马萨诸塞大学阿默斯特分校(UMA)的研究人员说，这些传感器中使用的许多纳米线的问题在于它们是由有毒和不可生物降解的材料(如硅或碳纤维)制成的。为了解决这个问题，研究小组转向细菌解决方案。

去年，UMA微生物学家德里克·洛夫利(Derek Lovley)和电气和计算机工程师姚军(Jun Yao)使用一种名为Geobacter sulreducens的细菌来制造一种可穿戴的生物膜，可以从汗液中发电。该实验的成功集中在细菌生长出可以导电的极小电线的能力上。该团队决定将这些纳米线用于他们的新人造鼻子。

然而，G. sulreducens很难培养，因为它需要非常特殊的条件才能茁壮成长。因此，该团队寻求了一种更耐寒的细菌的帮助。

“我们所做的，”洛夫利说，“是从G. sulreducens中取出'纳米线基因'(称为皮林)，并将其拼接到大肠杆菌的DNA中，大肠杆菌是世界上分布最广泛的细菌之一。

除了让大肠杆菌开始生产纳米线外，Lovely和Yao还进行了额外的基因改造，使这些线被一种称为DLESFL的肽所覆盖。这使得电线对氨的敏感性比以前高100倍，氨是肾脏疾病患者呼吸中发现的副产品。然后将生物线植入传感器上，该传感器比以前由传统材料制成的传感器更有效地发现氨。

“关于这项研究，最令人兴奋的事情之一是，我们正在将电气工程推向一个全新的方向，”姚说。“这些蛋白质纳米线的美妙之处在于，你可以利用生命的基因设计来建立一个稳定、多功能、低影响和具有成本效益的平台，而不是由稀缺的原材料制成的电线。

研究人员说，这些微小的细菌工厂可以生产涂有不同肽的电线，这些肽可以感知其他疾病的化学制造商。

“可以设计独特的肽，每种肽都特异性地结合感兴趣的分子，”该研究的共同作者Toshiyuki Ueki说。“因此，随着更多由身体发出的示踪分子被识别出来，这些分子特定于特定疾病，我们可以制造包含数百种不同化学嗅探纳米线的传感器，以监测各种健康状况。