پژوهشگران دانشگاه ماساچوست آمهرست نانوسیم‌هایی ساخته‌اند که می‌توان آنها را به راحتی توسط باکتری‌های معمولی رشد داد و برای «بو کردن» طیف گسترده‌ای از موادشیمیایی، از جمله ترکیباتی که توسط افراد مبتلا به بیماری‌های مختلف، مانند آسم و بیماری کلیوی منتشر می‌شود، تنظیم می‌شوند.
باکتری نانوسیمی می‌سازد که بیماری را بو می‌کشد
توانایی انباشته کردن هزاران نانوسیم روی حسگرهای کوچک و پوشیدنی، به طوری که هر نانوسیم به گونه‌ای تنظیم‌شده که یک ماده شیمیایی متفاوت را استشمام کند، ابزار جدیدی برای پیگیری عوارض احتمالی سلامتی به متخصصان مراقبت‌های بهداشتی می‌دهد. از آنجایی که میکروب‌ها برای تولید سیم‌ها استفاده می‌شوند، بنابراین این فناوری اورگانیک، زیست تخریب‌پذیر و سبزتر از هر نانوسیم غیرآلی هستند.
جون یائو، نویسنده و استاد ارشد این مطالعه، از دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه ماساچوست در آمهرست می‌گوید: «بینی انسان صدها گیرنده دارد که هر کدام به یک مولکول خاص حساس هستند. آنها بسیار حساس‌تر و کارآمدتر از هر وسیله مکانیکی یا شیمیایی بوده که می‌تواند مهندسی شود. ما تعجب کردیم که چگونه می‌توانیم به جای تکیه بر مواد مصنوعی، از دنیای زیستی استفاده کنیم.»
این تیم بررسی کردند که آیا می‌توانند از طبیعت برای تشخیص بیماری استفاده کنند یا خیر، و آنها با موفقیت این کار را انجام دادند.
راه حل با یک باکتری به نام Geobacter sulfurreducens شروع می شود که قبلاً یائو و لاولی از محققان این پروژه، از آن برای ساخت یک بیوفیلم استفاده کردند که قادر به تولید برق طولانی مدت و مداوم از عرق انسان است. با کمال تعجب، ظرفیت G. sulfurreducens برای تولید طبیعی نانوسیم‌های کوچک و رسانای الکتریکی قابل توجه است.
استفاده از G. sulfurreducens در این مقیاس چالش برانگیز است زیرا این باکتری نازک بوده که برای رشد به شرایط خاصی نیاز دارد.
درک لولی، نویسنده ارشد مطالعه و استاد برجسته، میکروبیولوژی، دانشگاه ماساچوست، آمهرست گفت: «کاری که ما انجام داده‌ایم این است که ژن نانوسیم به نام پیلین را از G. sulfurreducens خارج کرده و آن را به DNA اشریشیا کلی، یکی از گسترده‌ترین باکتری‌ها در جهان، متصل کرده‌ایم.»
با حذف ژن پیلین از G. sulfurreducens، یائو و لاولی و همکارانشان باکتری ایکولا را تغییر دادند تا حاوی پپتید خاصی به نام DLESFL باشد که به شدت به آمونیاک حساس است، ماده شیمیایی که اغلب در تنفس افراد مبتلا به بیماری کلیوی یافت می شود.
سویه مهندسی شده ژنتیکی E. coli زمانی که ژن پیلین اصلاح شده در DNA آن متصل شد، نانوسیم‌های کوچکی با پپتید حساس به آمونیاک تولید کرد. سپس این گروه از این نانوسیم‌های حساس به آمونیاک حسگری ایجاد کردند.
یاسر لکباخ، از محققان این پروژه از بخش میکروبیولوژی، دانشگاه ماساچوست، آمهرست گفت: «اصلاح ژنتیکی نانوسیم‌ها باعث شد که ۱۰۰ برابر بیشتر از آنچه در ابتدا بودند به آمونیاک پاسخ دهند. نانوسیم‌های تولید شده توسط میکروب به‌عنوان حسگر بسیار بهتر از حسگرهایی که قبلاً با نانوسیم‌های سیلیکونی یا فلزی ساخته شده‌اند، عمل می‌کنند.»
