Bilim İnsanları Toprağın ve Ürünlerin Farklı Renklerde 'Parlaması' İçin Bakteri Üretti

Belirli koşullar sağlandığında molekül üretecek şekilde kolayca düzenlenebildikleri için bakteriler zaten sensör olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak tepkilerini kontrol etmek genellikle bir mikroskop ve zaman gerektiriyor.

MIT'deki araştırmacılar, bakterilerin bir hedefi tespit ettiklerinde belirli ışık dalga boylarında parladıkları bir sensör sistemi tasarladıklarından, bu yakında bir drone ile fotoğraf çekip 30 saniye bekleyerek başarılabilir.

Sistem temelde iyi ya da kötü herhangi bir molekülü, kimyasalı ya da bakteriyi tespit edebilecek kadar çok yönlü görünüyor. İki farklı bakteri ekleyerek, kirleticiler etkili olduğunda tarlaların kırmızı, besinler yüksek olduğunda ise yeşil renkte parlamasını sağlayabilir.

MIT'de biyoloji mühendisi olan Christopher Voigt, “Yani metallere, radyasyona, topraktaki toksinlere ya da topraktaki besin maddelerine ya da neye tepki vermesini istiyorsanız ona tepki verebilir” diyor.

“Sonra bunun çıktısı, daha sonra çok uzaklardan algılanabilecek bu molekülün üretimi olacaktır.”

Ekip, genetiği değiştirilmiş bakteriler tarafından devriye gezilen toprak örneklerini taramak için dronlara veya binalara monte edilmiş özel kameralar kullandı. Hedefi içeren örnekler, 90 metre (295 feet) mesafeye kadar kontrol örneklerinden 12 kata kadar daha güçlü bir sinyal yayarak açıkça görülebildi.

Parıltı çıplak gözle görülemeyecektir - hiperspektral kameralar kullanılarak çalışır. Bu cihazlar görünür ve kızılötesi ışığın yüzlerce dalga boyunu algılayabilir ve bir görüntünün her pikselinde her birinin ne kadar mevcut olduğunu analiz edebilir. Bu da, bırakın insan gözünü, diğer araçların bile fark edemeyeceği küçük renk değişikliklerini algılayabilecekleri anlamına geliyor.

Ekip, bu hiperspektral kameralar tarafından algılanabilecek 'raportör' moleküller üretmek üzere bakterileri tasarladı. En uygun adayları bulmak için 20.170 metabolitin kuantum mekanik simülasyonlarını yaparak işe başladılar.

Yazarlar çalışmayı açıklayan makalelerinde “En iyi hiperspektral raportörler (HSR'ler), spektrumları en benzersiz olan ve üretmek için en az sayıda enzim gerektirenlerdir” diye yazıyor.

Sonunda iki umut verici aday üzerinde karar kıldılar: çürüklere yeşil bir renk verebilen biliverdin adlı bir pigment ve mikropların fotosentez için kullandığı bir bakteriyoklorofil. Biliverdin oluşturacak enzimler Pseudomonas putida adlı bir toprak bakterisinde geliştirilirken, Rubrivivax gelatinosus adlı bir su mikrobu da bakteriyoklorofil üretme yeteneği kazandı.

Bu çıktılar, bakteri genomlarındaki sensör devrelerine bağlandı - bu durumda, yakınlarda gizlenen diğer bakterileri tespit etmek için. Ancak özünde tetikleyici, kirlenmiş topraktaki kimyasallar da dahil olmak üzere neredeyse her şey olabilir.

MIT'de çevresel mikrobiyom mühendisi olan Yonatan Chemla, “Bu teknolojinin en güzel yanı, istediğiniz sensörü takıp çalıştırabilmeniz” diyor. “Herhangi bir sensörün bu teknolojiyle uyumlu olmaması için hiçbir neden yok.”

Fikri test etmek için ekip, bazıları hedefin gömülü disklerini içeren, havaya açık kutulara toprak veya kum örnekleri yerleştirdi. Dronlar ya da çatılardaki hiperspektral kameralar 30 saniyenin altında bir sürede yüzlerce ya da binlerce metrekareyi kapsayan görüntüler alabiliyordu.

Hedefleri içeren kutular, kontrol örneklerinin tam aksine güçlü bir şekilde parlıyordu.

Araştırmacılar ABD Savunma Bakanlığı ve İsrail Savunma Bakanlığı'ndan fon aldıklarını açıkladılar.

“Son üç yıldır düzenleyici ortamların neler olduğunu ve güvenlik endişelerinin neler olduğunu, risklerin neler olduğunu ve bu tür bir teknolojinin faydalarının neler olduğunu anlamak için çok meşguldük.” Chemla şöyle diyor.

Bu sistemlerin güvenlik ve düzenlemelerinin hala çözülmesi gerekirken, ekip yöntemin sürekli çevresel izleme için umut vaat ettiğini söylüyor.

“Mikrobiyal nöbetçilerin saha içi sensörler olarak avantajları var. Geniş alanlara yayılabilirler ve benzersiz sinyallere yanıt verebilirler ve elektrik gücüne ihtiyaç duymadan kalıcıdırlar” diye yazıyor yazarlar.

“Ayrıca, HSR'ler gündüzleri ortam koşullarında görüntülenebilir ve açık zemin, yeşillik ve kentsel yapılar da dahil olmak üzere spektral olarak karmaşık ortamlarda tanımlanabilir.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.