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合成生物不但可监测环境,还能藉此表达爱意

2020-06-24

合成生物不但可监测环境,还能藉此表达爱意
图片来源:flickr (CC BY-SA 2.0)

编按:西尔弗博士赋予细胞特殊的能力,让细菌细胞可以记得自己在生物体内游历的过程,并回报给我们。细胞在开放环境中也能比照办理吗?

科学家表达爱意的方式

西尔伯格(Joff Silberg)博士和玛西耶罗(Carrie Masiello)博士是莱斯大学的教授夫妻档。他是合成生物学家,她是地质学家,但不知怎幺的,他们竟然跨越领域找到真爱。

玛西耶罗博士研究生物炭,生物炭是植物在缺乏氧气的情况下受到高温烘烤形成的。生物炭的形成,相当于把碳封存起来,否则最后那些碳又会回到大气中,生物炭常被加进土壤里,以促进植物的生长。我们不太清楚为什幺生物炭有助于植物的生长,可能是因为它会改变土壤中的微生物组成。玛西耶罗博士希望能有一种细菌,可以将微生物生活在有或没有生物炭的土壤中,各是什幺状况回报给她,于是要求西尔伯格博士为她製造合成微生物当作情人节礼物。没错,这是真的。

西尔伯格博士创造的细菌会释放土壤里不常见的气体。所以我们把合成细菌置入土壤,然后监测气体的释放,便能「窃听」其他微生物的行为,不必磨碎它们来进行分析。

对于释放气体的土壤微生物,我们大部分的人不觉得有什幺浪漫,但这种技术也可能扩展到监测环境汙染。有研究团队已经把细菌改造成遇到砷和水就会发光,砷愈多,光愈亮。这就像是用毒药来发光的夜灯。

类似的技术可望用来发现及监测有毒环境。多亏先进的合成生物学,你已经能够编写更複杂的细菌程式,不只是「如果侦测到毒素就发光」那幺简单。

如果细菌不发光,也许更糟

这方面有一项主要的障碍:超毒的环境对细菌来说也很不好。如果你没看到发光,以为是因为细菌没有侦测到砷,但实际发生的事情却是:所有的细菌都死掉了。科学家正在努力解决这个问题。有一种想法是利用特别耐操的生物,它们对有毒的环境早已习以为常。另一种想法则是创造更複杂的讯号机制,遵循以下思路:「红光代表很糟,绿光代表很好,一点光都没有,代表『天啊,快点逃!』」。

假如大家决定让合成细菌在全世界跑来跑去,你几乎可以持续监测任何地方的环境。如果特定地区的土壤开始发出绿光,你就知道那里有砷;蓝光可能代表汞的毒性程度;黄光可能代表铅。基本上,如果你发现一处神祕海湾自然闪现七彩光芒,千万不要喝那里的水喔。

以上这些事情全都很了不起,但也都非常不容易达成。直接改造遗传基因的方法自1970年代以来就有了,但那些方法都很困难、很昂贵,又很耗时间。或者,至少过去是这个样子。就在最近这几年,可望改变一切的新方法问世了。

(本文摘自《拯救或毁灭世界的十种新创科技》)

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