Бактериальные датчики: союз технологий на службе желудочно-кишечного тракта

Группа американских ученых разработала биодатчик из синтетической бактерии и электронной схемы, открыв новую обширную область изысканий, когда можно будет выявлять малейшие изменения в желудочно-кишечном тракте человека.

 

В эпоху самостоятельного мониторирования и нанороботов биодатчики – это наше все. Они становятся все более изощренными и их роль возрастет, если они будут способны к выявлению на уровне бактерий. Американская группа разработала новое микробиологическое устройство для приема внутрь (IMBED) – своего рода «бактериальный датчик», который сулит небывалое проникновение в суть жизни и болезней нашего желудочно-кишечного тракта.

Бактерии, свет и WiFi

С тем, чтобы доказать свою концепцию, исследователи разработали прототип, содержащий бактерию, предназначенную для выявления возможных желудочно-кишечных кровотечений. Особенность этой капсулы заключается в полупроницаемых мембранах, которые способны идентифицировать молекулы, диффундирующие в нее. Бактерию, с которой обычно экспериментируют в лаборатории (Escherichia coli), модифицировали методами генной инженерии и поместили внутрь этой капсулы, а затем подключили к электронной схеме. Принцип довольно прост: при контакте с кровью бактерия излучает свет, улавливаемый электронным компонентом, который затем передает информацию по беспроводной связи на устройство – например, на смартфон.

Успешные испытания в лабораторных и естественных условиях

После успешных лабораторных испытаний с лошадиной и человеческой кровью, а затем на грызунах (у которых провоцировали желудочно-кишечное кровотечение), бактериальный датчик поместили в желудки трех свиней, которым перед этим ввели внутрь раствор крови. Испытания прошли успешно: первые измерения излучения света пропорционально количеству выявленной крови действительно быстро отображались на компьютере и смартфоне исследователей.

Датчик, который можно еще усовершенствовать

Остается выяснить, как лучше всего заключать этот бактериальный биодатчик в капсулу, чтобы он оставался в желудочно-кишечном тракте в течение длительного периода времени, в частности выдерживал очень кислотную среду желудка, а также чтобы уменьшить его размер (около 3 см в длину) и направлять в строго определенные места в желудочно-кишечном тракте. Поскольку бактерию также можно адаптировать для выявления маркеров воспаления или инфекции, ее потенциал огромен: диагностика, исследования, мониторинг эффективности лечения или соблюдения пациентом режима в реальном времени... А почему бы не «самопознание» через сбор данных о себе с помощью технологий применить к кишечнику?

 

Источники :

M Mimee et al. An ingestible bacterial-electronic system to monitor gastrointestinal health, Science 25 May 2018