Notícia

Pesquisadores detectam fluoreto na água com novo teste simples de mudança de cor

Fonte

Universidade Northwestern

Data

domingo, 8 janeiro 2023 12:30

Áreas

Biologia. Bioquímica. Biotecnologia. Contaminantes. Hidrologia. Monitoramento Ambiental. Qualidade da Água. Química. Saneamento. Toxicologia.

Embora os pesquisadores tenham maneiras simples de medir as concentrações de contaminantes ambientais como o fluoreto, o chumbo e pesticidas em ambientes de laboratório, os níveis são muito mais difíceis de testar em campo. Isso porque exigem equipamentos especializados e caros.

Esforços recentes em biologia sintética alavancaram biossensores celulares para detectar e relatar contaminantes ambientais de maneira econômica e utilizável em campo. Mesmo com o progresso, os cientistas lutam para responder à questão de como proteger os componentes do sensor de substâncias que existem naturalmente nas amostras extraídas.

Uma equipe interdisciplinar de biólogos sintéticos da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos, está desenvolvendo uma plataforma de sensores capaz de detectar uma variedade de alvos ambientais e biológicos em amostras do mundo real. Após testes com um novo biossensor para fluoreto, a equipe descobriu que eles poderiam proteger o sensor e operar de maneira semelhante à maneira como as células encapsulam o sensor dentro de uma membrana gordurosa.

Em um novo artigo publicado recentemente na revista Science Advances, os pesquisadores demonstraram que, ao modificar a composição e a penetrabilidade da membrana da bicamada lipídica, eles poderiam ajustar e controlar ainda mais o desempenho do sensor.

“Tantos dados estão sendo gerados, e muitos deles estão sendo captados por aplicativos de saúde, como em relógios inteligentes”, disse o Dr. Julius Lucks, coautor do estudo e professor de Engenharia Química e Biológica na Escola de Engenharia da Universidade Northwestern. “Podemos sentir nossos batimentos cardíacos, nossa temperatura, mas se você pensar sobre isso, realmente não temos como sentir coisas químicas. Estamos vivendo na era da informação, mas a informação que temos é tão minúscula – a detecção química abre enormes dimensões de informação que você pode acessar.”

O laboratório do professor Julius Lucks avançou na compreensão do campo de sistemas moleculares que respondem a mudanças ambientais estudando o RNA e seu papel nas células; como o RNA é usado pelas células para detectar mudanças em seu ambiente; e como esses conceitos podem ser usados em sistemas livres de células para monitorar o meio ambiente para a saúde e a sustentabilidade.

A biologia sintética livre de células, na qual sistemas biomoleculares projetados são usados para ativar máquinas biológicas em vez de células vivas, é atraente porque é eficiente, versátil e de baixo custo. O professor Lucks projetou um sensor do tipo riboswitch usando extratos de células bacterianas para alimentar reações de expressão gênica (incluindo RNA fluorescente ou proteína que fica iluminada em resposta a contaminantes) que produzem resultados visuais de forma barata e em minutos.

A Dra. Neha Kamat, professora de Engenharia Biomédica na Northwestern e coautora correspondente do estudo, que é especialista em membranas projetadas e montagem de membranas, se perguntou se poderia contribuir com a proposta do professor Lucks adicionando uma membrana com duas camadas.

“Eles estão usando o RNA e seu maquinário associado para detectar moléculas em amostras reais de água e gerar resultados significativos”, disse a professora Kamat. “Meu laboratório trabalha muito com os lipídios comumente usados para encapsular mRNA para entrega de medicamentos, com o objetivo de usar esses compartimentos para construir estruturas mais semelhantes a células. Tínhamos a ideia de que poderíamos proteger os sensores do Julius e permitir que eles trabalhassem em amostras que pudessem estar meio ‘sujas’ com outros contaminantes”, continuou a pesquisadora.

Outros pesquisadores tentaram colocar um sensor dentro de uma membrana, mas o sensor parou de funcionar corretamente e produziu um sinal muito menor porque é difícil encaixar tudo dentro do pequeno recipiente e depois aumentá-lo. Para superar isso, a equipe de pesquisa modificou a saída genética no sensor para amplificá-la e colori-la, para que seja visível a olho nu: “você não precisa de um detector sofisticado para fazer isso”, disse o Dr. Lucks.

O encapsulamento e a proteção são importantes para que o sensor funcione em ambientes nativos, como um canal de águas residuais com muitos outros contaminantes que podem corroer o sensor. Este seria um exemplo de ‘detecção distribuída’, que poderia ajudar em áreas como agricultura e saúde humana.

O Dr. Julius Lucks chama este projeto de ‘ponto de partida’, a partir do qual eles serão capazes de incorporar sensores em mais materiais, incluindo materiais ‘inteligentes’ que podem alterar propriedades, como na biologia: “Como biólogos sintéticos, um de nossos principais temas é identificar desafios e olhar para a natureza’.

O fluoreto se tornou uma escolha óbvia porque há uma molécula de RNA natural que o detecta, permitindo que a equipe projete um mecanismo mais simples. Mas, no futuro, os pesquisadores têm grandes ambições sobre para onde o uso dos sensores pode se expandir.

Por exemplo, os sensores podem fluir através do corpo humano para detectar pequenas moléculas e biomarcadores antes que o sensor seja recuperado através da urina ou outro método passivo. Ele também pode detectar níveis de nitrato no solo e ajudar no monitoramento do escoamento. Além disso, os pesquisadores também estão entusiasmados para ver aplicações na ciência dos materiais, como na robótica leve.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

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

Fonte: Win Reynolds, Universidade Northwestern. Imagem: Fonte: Divulgação, Escola de Engenharia da Universidade Northwestern.