Notícia

Pesquisadores criam tecnologia de monitoramento de água baseada em E. coli

Fonte

UCI | Universidade da Califórnia em Irvine

Data

sexta-feira, 3 março 2023 14:15

Áreas

Biologia. Biotecnologia. Engenharia Ambiental. Gestão de Resíduos. Inovação. Materiais. Qualidade da Água. Química Verde. Saneamento. Saúde. Tecnologias.

As pessoas frequentemente associam a Escherichia coli com alimentos contaminados, mas a E. coli tem sido um muito importante na biotecnologia. Cientistas da Universidade da Califórnia em Irvine (UCI), nos Estados Unidos, demonstraram que a bactéria tem ainda mais valor como parte de um sistema para detectar contaminação por metais pesados na água.

A E. coli exibe uma resposta bioquímica na presença de íons metálicos, uma pequena mudança que os pesquisadores puderam observar com sensores ópticos de nanopartículas de ouro montados quimicamente. Por meio de uma análise de aprendizado de máquina dos espectros ópticos de metabólitos liberados em resposta à exposição ao cromo e ao arsênico, os cientistas conseguiram detectar metais em concentrações um bilhão de vezes menores do que as que levam à morte celular – ao mesmo tempo em que conseguem deduzir o tipo de metal pesado e quantidade com mais de 96% de precisão.

O processo, que segundo os pesquisadores pode ser realizado em cerca de 10 minutos, é objeto de um estudo publicado na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

“Este novo método de monitoramento de água desenvolvido por pesquisadores da UCI é altamente sensível, rápido e versátil”, disse a Dra. Regina Ragan, coautora do estudo e professora de Ciência e Engenharia de Materiais da UCI. “Ele pode ser amplamente implantado para monitorar toxinas em fontes na água potável e de irrigação e no escoamento agrícola e industrial. Este sistema pode fornecer um alerta precoce de contaminação por metais pesados para proteger a saúde humana e os ecossistemas”.

Além de provar que bactérias como a E. coli podem detectar água insegura, os pesquisadores destacaram os outros componentes necessários – nanopartículas de ouro montadas com precisão molecular e algoritmos de aprendizado de máquina – que aumentaram muito a sensibilidade de seu sistema de monitoramento. A professora Regina Ragan disse que a tecnologia pode ser aplicada para detectar toxinas metálicas – incluindo arsênico, cádmio, cromo, cobre, chumbo e mercúrio – em níveis de magnitude abaixo dos limites regulamentares para fornecer alerta precoce de contaminação.

No estudo, os cientistas explicaram que podem aplicar algoritmos treinados a amostras de água da torneira e águas residuais, o que significa que o sistema pode ser generalizado para fontes e suprimentos de água em qualquer lugar do mundo.

“Esse método de aprendizado de transferência permitiu que os algoritmos determinassem se a água potável estava dentro dos limites recomendados pela Agência de Proteção Ambiental (EPA) dos EUA e pela Organização Mundial da Saúde para cada contaminante, com mais de 96% de precisão e 92% de precisão para águas residuais tratadas”, disse a professora Ragan.

“O acesso à água potável é necessário para a saúde das pessoas e do planeta”, acrescentou. “É necessária uma nova tecnologia que possa ser fabricada em massa a baixo custo para monitorar a introdução de uma série de contaminantes no abastecimento de água como parte crítica da solução para a segurança hídrica diante da poluição e das mudanças climáticas”, continuou a pesquisadora.

Em conjunto com a professora Regina Ragan neste projeto, que foi financiado pela National Science Foundation (NSF), trabalharam neste projeto a Dra. Hong Wei e Yixin Huang, pós-doutoranda e doutorando em Ciência e Engenharia de Materiais da UCI, respectivamente; Yen-Hsiang Huang, estudante de pós-graduação da UCI em Engenharia Civil e Ambiental; a Dra. Sunny Jiang, professora de Engenharia Civil e Ambiental da UCI; e o Dr. Allon Hochbaum, professor de Ciência e Engenharia de Materiais da UCI.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade da Califórnia em Irvine (em inglês).

Fonte: Brian Bell, Universidade da Califórnia em Irvine. Imagem: micrografia eletrônica de baixa temperatura de um aglomerado de bactérias E. coli, ampliada 10.000 vezes. Cada bactéria individual tem forma oblonga. Fonte: Eric Erbe e Christopher Pooley, USDA/ARS/EMU via Wikimedia Commons.