Наземные мины, оставшиеся после прошлых конфликтов — или те, которые все еще ведутся — представляют собой скрытую угрозу для миллионов людей во всем мире. С помощью бактерий, которые светятся в их присутствии, эти скрытые опасности однажды могут быть обнаружены и безопасно удалены или уничтожены.
Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме потратили десять лет на разработку живых датчиков наземных мин с использованием E. кишечная палочка. В последних исследованиях они описывают свои последние достижения. «Используя генную инженерию, они могут превратить каждую бактерию в« миниатюрного светлячка »в присутствии химического вещества, связанного с взрывчатыми веществами», — сказал Шимшон Белкин, микробиолог Еврейского университета, ведущий исследования.
В 2019 году более чем По данным Международной кампании за запрещение наземных мин, 5500 человек были убиты или ранены в результате взрыва наземных мин и взрывоопасных пережитков войны, и 80 процентов из них были гражданскими лицами. Особенно опасны противопехотные наземные мины, размер которых может составлять всего несколько дюймов и которые легко скрыть. Оценки различаются в зависимости от количества засыпанных наземных мин во всем мире, но они достигают 110 миллионов.
Были опробованы многие стратегии для обнаружения наземных мин, такие как использование металлоискателей и обучение животных-обнаружителей, включая награду — крыса-победитель, которая помогла обнаружить 71 фугас до того, как она ушла в отставку. Каждый метод уравновешивает выгоды с рисками и затратами.
Идея перенастроить бактерии для обнаружения наземных мин возникла у Роберта Берлэджа, работавшего тогда в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси. В середине 1990-х доктор Берлаге работал над тем, чтобы возбудить бактерии в ответ на органические отходы и ртуть. В поисках нового применения для этой техники ему пришла в голову идея попробовать нацелить химические вещества на наземные мины.
Хотя доктор Берлаге провел несколько небольших полевых испытаний, он не смог получить дополнительное финансирование и двинулся дальше. «Моя печальная история», — сказал доктор Берлаге, ныне профессор Университета Конкордия в Висконсине.
Работа Берлагжа вдохновила израильских исследователей, и он говорит, что желает им всего наилучшего в их усилиях по продвижению технологии.
Бактерии дешевы и расходуемы, и их можно распространять по обширным территориям. И они относительно быстро отчитываются — в течение нескольких часов или до суток, они либо светятся, либо нет.
Ученые приспособили бактерии к химическому веществу под названием 2,4-динитротолуол. , или DNT, летучий побочный продукт тринитротолуола, или TNT. Со временем пары ДНТ просачиваются в почву вокруг фугаса, и бактерии могут его унюхать.
Вместо того, чтобы свободно перемещаться, бактерии иммобилизуются в крошечных желатиноподобных шариках, которые питают их во время работы. Каждая гранула диаметром от одного до трех миллиметров содержит около 150 000 активных клеток.
Эти новейшие культуры генно-инженерных бактерий быстрее реагируют и более чувствительны, чем бактерии в более ранних полевых испытаниях группы доктор. — сказал Белкин. И ученым больше не нужно использовать лазерный сигнал для активации свечения.
Одна из ключевых проблем, над решением которой работает группа, — это безопасное обнаружение биолюминесцентных бактерий на реальном минном поле. Когда они обнаруживают мины, их свечение настолько слабое, что свет луны, звезд или близлежащих городов может его заглушить.
Чтобы помочь решить эту проблему, Аарон Дж. Агранат, биоинженер из Еврейского университета, и другие исследователи сообщили в апреле в журнале Biosensors and Bioelectronics, что они разработали устройство, которое защищает бактерии и определяет их свечение. Затем эта сенсорная система может сообщать о своих выводах на ближайший компьютер, но она не тестировалась за пределами лаборатории.
Исследователи также недавно провели полевые испытания в Израиле, сотрудничая с израильской армией, чтобы гарантировать безопасность экспериментов, а также израильская оборонная компания. Результаты этих испытаний не были опубликованы, но доктор Белкин назвал их «в целом очень успешными».
В будущем команда надеется использовать дроны для развертывания датчиков бактерий на минном поле, устраняя необходимость в
Доктор. Десятилетия назад Берлэйдж столкнулся с другой проблемой, с которой группа Еврейского университета борется даже сейчас: температура. Израильские сенсоры бактерий работают только при температуре от 59 до 99 градусов по Фаренгейту, а это означает, что исследователям нужно будет выяснить, как адаптировать свои системы к более суровым условиям пустыни.
Израильские биоинженеры также признают, что их сенсоры бактерий могут быть использованы как для гуманитарных, так и для военных целей. DARPA, Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, внесло свой вклад в их исследования.
Тем не менее, бактериальные датчики для наземных мин демонстрируют, как область синтетической биологии развивалась «семимильными шагами за последние несколько десятилетий», — сказал он. Доктор Тимоти К. Лу, соучредитель Senti Biosciences и инженер-биолог из Массачусетского технологического института, не принимавший участия в этих исследованиях.
«Это супер захватывающе, и я надеюсь увидеть такого рода приложения начинают мигрировать из лаборатории в реальный мир », — сказал д-р Лу.