Two bioengineers working in a UC 圣地亚哥 lab

信用:手机澳门新莆京圣地亚哥分校

葛瑞格尔thouvenin和尼古拉斯csicsery在手机澳门新莆京圣地亚哥分校生物力学实验室。

当谈到测试饮用水危险的污染物,如重金属,如铅,镉,连续测试直接从水龙头喝水的人从很重要。然而,很少这种水测试的完成。来自手机澳门新莆京圣地亚哥分校和校区分拆定量生物科学团队正在努力改善这种状况。

“水可能被罚款喝,细饮,细饮...然后它不是,”手机澳门新莆京圣地亚哥分校生物工程学院校友娜塔莉库克森('08)说,相比她解释的连续监测饮用水的价值零星的水质监测。

Natalie Cookson
娜塔丽确信(手机澳门新莆京圣地亚哥分校生物工程博士'08)是CEO定量生物科学,其在纺丝匆忙实验室出手机澳门新莆京圣地亚哥分校的启动。
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她希望这项工作将产生可以在水龙头,人们实际上是从喝安装经济实惠的水质检测系统。这是离开处理厂在密歇根州弗林特的水,例如,没有危险的高浓度的铅。但同样的水火石居民水龙头浇一次,主角是在水中。

来自手机澳门新莆京圣地亚哥分校和一队 定量生物科学 具有使用细菌作为污染的传感器在饮用水一种新的方法,以连续监测重金属污染。该小组最近发表了他们的进步在科学(PNAS)的国家科学院期刊诉讼。

“我们的首要任务是做好我们的骄傲感觉,并会产生影响的工作,说:”确信。

而对于重金属的居民用水测试的一些选项确实存在,但是也有一些在内部家庭,学校和农场广泛,连续监测自来水的方式获得技术,成本和后勤方面的限制。圣地亚哥团队正在消除这些障碍。

即大肠杆菌作为水测试

新的水质监测方法依赖于电子商务无害株。杆菌细菌来实际检测重金属污染物。而如大肠杆菌使得同食会中毒连接头条,微生物的无害菌在世界各地的实验室为许多不同的研究目的使用。

它们是细菌世界的实验室老鼠。

“OK即大肠杆菌,”尼克说csicsery。 “如果砷是存在的,你知道吧,让我们知道。”

有时电子。大肠杆菌知道,有时他们没有,“这取决于金属,解释说:” csicsery。他最近获得了生物工程博士学位在手机澳门新莆京圣地亚哥分校的实验室仓促并已加入定量生物科学,他在那里的工作发展为基础的生物合成的监测技术。

Three bioengineers
>UC San Diego bioengineers Nicholas Csicsery, Lizzy Stasiowski, Gregoire Thouvenin in the UC 圣地亚哥 Biodynamics Lab run by bioengineering and biology professor Jeff Hasty.
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如何做这些微生物“让我们知道”一个危险的重金属在水中的存在?

答案是细菌基因组的污染物发生反应的方式,人们已经学会承认。

“我们有机会获得生命的包围着我们的代码,说:”格雷瓜尔thouvenin,一个手机澳门新莆京圣地亚哥分校生物工程博士学生,另一个在PNAS论文的共同第一作者。 “当你正在学习的微生物,你越挖越深,你知道他们更连接到一切比你最初想象的。”

在这种情况下,利用这些连接所需的许多领域,包括生物工程,合成生物学,微流体,数学和科学数据结合力的研究人员。其结果是一个系统,该系统监测水两周并识别时在水中的变化的细菌2000不同菌株遗传行为污染物。

即大肠杆菌酒店

在此菌驱动的水的测试系统,细菌生命的每种菌株自身的小室的内部,并且所有2000菌株在由硬质半透明材料相同的芯片排列。有,可提供水,污染物和食品到每个腔室以受控方式微小通道。

Microfluidic device
装载有蓝色染料2000 - 应变微流体装置。每个TEAL色污点对应于单个生长室中产生光的例如大肠杆菌。荧光值从每凫色的污点(如果你仔细看他们的灯泡形)提取监控每个e的唯一回应。大肠杆菌菌株对环境的输入。设计允许每个室中以与生长培养基被连续地供给,同时废物流走。可与水样品来掺入生长培养基为重金属检测进行测试。
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这些2000菌株各自具有位遗传物质插入到它的DNA(质粒),其使荧光输出为“突出”的特定基因的活性的小圆形片。当水污染物相互作用与所插入的基因,细菌点亮。

他们的微流体设置中,研究人员可以录制株亮起时。闪烁的这种模式被记录并送入人工智能系统。结果是,以确定当细菌遇到在水中特定重金属污染物,基于由所述细菌中产生的光的图案的自动化能力。生物工程博士学生加勒特·格雷厄姆率领的数据科学与工程的人工智能一部分。 (他毕业和正在工作,在北卡罗莱纳州的研究所气候研究气候数据分析师。)

这个想法是要安装在人们实际上喝水,以确定受污染的水的地方系统。

虽然研究人员为了展示力量和他们的系统的灵活性选择重金属识别,它的人工智能组件可以被训练识别其它污染物也。

艺术与决策科学

该项目的大进步之一就是如何设计,建造和运行系统用于插入,住宿,膳食和跟踪细菌2000株不同的两个多星期的课程。

丽兹stasiowski和尼克csicsery率领的系统,它允许对所有2000 e的设计和制造。大肠杆菌菌株在一次被加载到系统中。

这个项目合并“制造”与合成生物学,基因组分析和机器学习,创造准备做好在世界体系的艺术和科学。

“我对这个项目最喜欢的事情之一是如何多才多艺的都可以。我们的系统允许您监控成千上万的细菌菌株的基因表达的动态变化,同时对任何环境变化。这是一个项目,是对相关工业界和学术界,”说stasiowski。

她最近完成了她的博士生物工程在手机澳门新莆京圣地亚哥分校,并在圣迭戈仪器仪表的研发工作的一个顶点医药研究员。

“虽然我觉得重点重金属概念的仔细论证方面有意思的,我最兴奋的技术作为筛选工具,研究人员和公司专注于合成生物学,说:”杰夫仓促,一个手机澳门新莆京圣地亚哥分校教授生物工程和生物谁在PNAS论文的资深作者。 “该技术是很好的定位为基因的发现,为复杂的信号作出反应,在环境和医疗应用中找到。”

作为筛选工具,该平台独特的微流体和人工智能的组合可以帮助上,使细胞解释和应对不断变化的环境的机制有了新的认识,并能设计互动以全新的方式对环境合成株的检测。现有的筛选技术很少有时间分辨率和吞吐量这样做需要双方。因此,该平台必须是很有价值的两种合成生物学家(谁设计和实施活细胞新功能)和系统生物学家(谁建立一个小区存在的所有反应的综合模型)的潜力。

thouvenin打蜡多一点哲学。 “我们周围的生物都是延展性,他们已经经过精心塑造和进化了数百万年的制作。现在我们有机会获得的是,无论是在理解它,再利用它,并最终优化它不断变化的世界而言“。