نظارت بر سلامت روده با حسگر کپسولی باکتری (+عکس و فیلم)
باکتری‌هایی که برای شناسایی مولکول‌های خاص مهندسی شده‌اند، روی سنسور طراحی شده سفارشی قرار می‌گیرند که به یک ریزپردازنده متصل می‌شود و اطلاعات حسی را به سیگنال بی‌سیم تبدیل می‌کند.
موبنا – دانشمندان در همه حال به دنبال پی بردن به روابط پیچیده و هم‌زیستی همه ما با باکتری‌ها هستند. این باکتری‌ها هستند که ما را بیمار می‌کنند و سلامتی ما را حفظ می‌کنند. اثرات باکتری‌ها در زندگی روزمره غیرقابل انکار است.
اما اخیرا محققان شروع به مهندسی این میکروب‌های کوچک کرده‌اند تا برای ما کار کنند. باکتری‌های مهندسی شده برای انجام وظایف متنوعی از جمله شناسایی مواد سمی در محیط برای تشخیص التهاب در روده بزرگ ما، تنها آغاز یک زمینه پیشرفت علمی است که نحوه استخدام این کمک کننده‌های کوچک را به ما نشان می‌دهد.
در حال حاضر تیمی از محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) یک سیستم جدید “باکتری بر روی تراشه” ابداع کرده است که باکتری‌های مهندسی ژنتیکی شده را ترکیب می‌کند. این باکتری‌ها می‌توانند خونریزی روده را با یک مدار الکترونیکی که می‌تواند سیگنال را به صورت بی‌سیم به رایانه نزدیک خود ارسال کند، تشخیص دهد.
“تیموتی لو”، یکی از محققان این پژوهش می‌گوید: ما با ترکیب سنسورهای بیولوژیکی مهندسی شده همراه با مدار الکترونیکی کم‌مصرف و ارسال بی‌سیم می‌توانیم سیگنال‌های بیولوژیکی را در بدن و در زمان واقعی تشخیص دهیم و قابلیت‌های جدید تشخیصی را برای سلامت انسان فراهم کنیم.
برای شروع، تیم به طور ژنتیکی یک رشته باکتری پروبیوتیک “ای.کولی” را برای واکنش به حضور یک ترکیب شیمیایی موسوم به “heme” که یک ترکیب موجود در گلبول‌های قرمز خون است، طراحی کرد و نشان داده شد که می‌تواند یک نشانگر زیستی قابل اعتماد برای خونریزی داخلی باشد.
این باکتری‌های مهندسی شده با برخورد با “heme”، همچنین مقدار کمی نور از خود منتشر می‌کنند.
گام بعدی، ایجاد یک راه برای انتقال پیام این حسگرهای باکتریایی از داخل بدن و تبدیل سیگنال‌ها به داده‌های قابل انتقال مستقیم بود.
در نهایت یک کپسول با چهار دهانه ساخته شد که باکتری را نگه می‌دارد. مولکول‌های بدن از طریق غشا به داخل دهانه‌ها نفوذ می‌کنند و حضور “heme” باعث انتشار نور توسط باکتری‌ها می‌شود. این نور پس از انتشار، توسط ترانزیستور فوتونی زیر هر دهانه اندازه‌گیری می‌شود که به صورت بی‌سیم داده‌ها را به یک گوشی هوشمند یا رایانه متصل می‌کند.
“فیلیپ نادئو”، یکی از نویسندگان اصلی این تحقیق می‌گوید: ایده ما این بود که بسته‌های باکتریایی را در داخل دستگاه قرار دهیم. در این صورت سلول‌ها به دام افتاده و همراه دستگاه از معده عبور می‌کنند.
کل دستگاه در یک سیلندر کپسول شکل قرار گرفته است که حدود ۱.۵ اینچ(۳.۸ سانتیمتر) طول دارد.
نمونه اولیه دستگاه با یک باتری ۲.۷ ولت تأمین می‌شود که تخمین زده می‌شود تا ۱.۵ ماه قابل استفاده باشد. با این حال، نمونه‌های آینده می‌تواند به طور کامل خودکار باشد، همانطور که قبلا یک دستگاه بدون باتری تولید کرده‌اند که از اسید معده برق تولید می‌کند.
آزمایش‌های اولیه نشان داد که دستگاه با دقت، حضور خون در معده خوک‌ها را تشخیص داد.
محققان دو حسگر باکتری دیگر را ساخته‌اند که دیگر موارد استفاده بالقوه در آینده را نشان می‌دهد. یک حسگر، تیوسولفات را تشخیص می‌دهد که یک ترکیب مرتبط با شرایط التهابی است، در حالی که حسگر دیگر یک مولکول به نام “AHL” را تشخیص می‌دهد که یک نشانگر زیستی شناخته شده برای عفونت‌های دستگاه گوارش است.
محققان می‌گویند: بسیاری از کارهایی که ما در این پژوهش انجام دادیم مربوط به خون بود، اما احتمالا می‌توان باکتری‌ها را برای حس کردن هر چیزی و تولید نور در واکنش به آن، مهندسی و طراحی کرد.
گام بعدی در این پروژه، کاهش اندازه حسگر کپسولی و بررسی میزان زنده ماندن این سلول‌های بنیادی مهندسی شده است.
هدف این است که این حسگرها بتوانند چند هفته در دستگاه گوارش انسان باقی بمانند و سیگنال‌های متناوب را ارسال کنند که بلافاصله به پزشک اجازه می‌دهد شرایط مختلف را پیگیری و نظارت کند.
این تحقیق در مجله Science منتشر شده است.
منبع: ایسنا
