Forskere har udviklet genmanipulerede bakterier, der kan afsløre, hvilke kemikalier der findes i omgivelserne. Bakterierne kan både benyttes til at overvåge kemikalier i laboratorieforsøg og til at holde øje med uønskede kemikalier i naturen, siger forsker.
Der er i verden et stigende behov for at overvåge tilstedeværelsen af kemikalier. Det gælder både i bioproduktion af kemikalier i industrien, i forskningen og i naturovervågning, hvor man ønsker at følge forskellige kemikalier i naturen – og hvor hurtigt de ophobes eller forsvinder.
Der findes mange måder at overvåge tilstedeværelsen af kemikalier i forskellige miljøer, men ofte er metoderne både omkostningstunge og besværlige.
Alt dette kan der dog nu blive lavet om på, efter at forskere har designet bakterier, som lyser op, når de relevante kemikalier er til stede.
Det betyder, at forskerne kan tilsætte bakterierne til for eksempel en vandprøve. Hvis bakterierne begynder at lyse fluorescerende grønt, er det relevante kemikalie til stede i vandet.
"Vores metode gør det muligt at undersøge tilstedeværelsen af kemikalier i forskellige miljøer på en simpel og billig måde. Vi vil selv benytte metoden i vores egen forskning, og vi stiller den også til rådighed for andre med interesse i at undersøge kemikalier – fra industriproduktion til miljøovervågning," fortæller en af forskerne bag udviklingen af metoden, ph.d. og seniorforsker Daniel C. Volke fra Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ved Danmarks Tekniske Universitet.
Forskningen, der er lavet i samarbejde med Javier M. Hernández-Sancho og Pablo I. Nikel, er offentliggjort i Nature Communications.
Gør bakterier afhængige af forskellige kemikalier
I forskningen har forskerne udviklet bakterien Pseudomonas putida med det formål at gøre den til en biosensor, der kan identificere tilstedeværelsen af forskellige kemikalier.
Det kan for eksempel dreje sig om mælkesyre produceret af bakterier, kemikalier i miljøet eller nedbrydningsprodukter fra enzymatisk nedbrydning af plastik.
Forskerne har simpelt gjort bakterien afhængig af de pågældende kemikalier for at kunne vokse.
Dette har de opnået ved at eliminere bakteriens mulighed for at vokse ved hjælp af andre kulstofressourcer.
Da bakterierne således kun kan vokse, hvis de relevante kemikalier er til stede i omgivelserne, kan man ved at observere bakteriens vækst afgøre, om kemikalierne er til stede.
Derudover har forskerne udstyret bakterierne med et gen for et fluorescerende protein, så de lyser op. Jo flere bakterier der er til stede, desto mere lyser de samlet set op. Ud fra lysstyrken kan man således vurdere mængden af bakterier, om de formerer sig, og hvor hurtigt det sker.
"Jo mere af det relevante kemikalie der er til stede, desto højere densitet opnår bakterierne, og desto kraftigere lyser de. Det betyder, at vi kan tilsætte bakterierne til en miljøprøve eller en laboratorieprøve og hurtigt afgøre, om det relevante kemikalie er til stede – og om der er mere af det i én prøve sammenlignet med en anden," forklarer Daniel C. Volke.
Lys kan måles med en mobiltelefon
Netop fordi forskerne har udstyret bakterierne med et fluorescerende protein, er det meget let at måle deres mængde.
Daniel C. Volke forklarer, at den teknologi, der findes i en moderne mobiltelefon, gør det muligt at måle det fluorescerende lys og dermed den bakterielle vækst.
Det betyder, at man "on site" kan måle tilstedeværelsen af for eksempel skadelige kemikalier i naturen.
Derudover kan forskerne let ændre i bakteriens genetiske sammensætning, så den bliver følsom over for netop de kemikalier, man ønsker at undersøge for.
"Er kemikaliet til stede, begynder bakterierne at vokse og lyse. Hvis kemikaliet ikke er til stede, sker der ingenting. Det er faktisk ret simpelt. Derudover har vi med Pseudomonas putida en bakterie, som er meget robust og kan benyttes under en lang række krævende betingelser, hvor andre bakterier formentlig ville bukke under," siger Daniel C. Volke.
Kan måle nedbrydning af plastik
I deres forskningsarbejde har forskerne testet bakteriernes evne til at måle forskellige kemikalier i et proof of concept.
For eksempel har de vist, at bakterierne kan bruges til at måle tilstedeværelsen af mælkesyre produceret af andre bakterier.
Forskerne har også demonstreret, at bakterierne kan måle den enzymatiske nedbrydning af plastik.
Her gjorde de det muligt for bakterierne at vokse på nedbrydningsprodukterne, hvilket gjorde det muligt at vurdere, hvor effektive de plastiknedbrydende enzymer er, og hvor hurtigt plastikken bliver nedbrudt.
Daniel C. Volke fortæller, at forskerne ikke har planer om at kommercialisere deres opfindelse, men at de håber, andre vil benytte sig af bakterierne – ligesom de selv vil i deres egen forskning.
"I vores eget laboratorium kan vi med bakterierne hurtigt afgøre, om andre bakterier producerer de kemikalier, vi er interesserede i. Til det formål skal vi blot tilsætte disse fluorescerende bakterier til de andre bakterier. Hvis de lyser op, er vores kemikalie til stede. Vi kan også, ud fra lysstyrken, vurdere, om én bakteriestamme producerer mere af kemikaliet end en anden. Metoden kan på den måde erstatte nogle af de dyre og tidskrævende analyseprocesser, vi er afhængige af i dag," forklarer han.
