Czy grupa bioczujników może skutecznie monitorować szeroki zakres zanieczyszczeń oceanu?
Kiedyś uważano, że oceany są na tyle ogromne, by pochłonąć wycieki ropy, odpady toksyczne, dryfujące tworzywa sztuczne, lecz obecnie jest jasne, że zanieczyszczenie oceanów jest rosnącym problemem. „Przy sporządzaniu czujników, przewidzianych do wykrywania toksyn w środowisku morskim, problemem jest podjęcie decyzji, który spośród tysięcy związków w morzach objąć obserwacją” mówi mikrobiolog, profesor Jan van der Meer, z uniwersytetu University of Lausanne, w Szwajcarii i koordynator projektu BRAAVOO. „Nasz projekt ukierunkowaliśmy na grupę częstych zanieczyszczeń, dla których brakowało łatwego sposobu analizy”. W toku projektu BRAAVOO wykonano unikalne urządzenie, stosując czujniki biologiczne, wykorzystując wiele technologii i umożliwiając jednoczesną identyfikację antybiotyków, toksyn powstałych wskutek zakwitów glonów, zaburzających gospodarkę hormonalną substancji chemicznych pochodzących z farb, związków ropopochodnych oraz toksycznych metali ciężkich. Konsorcjum ośmiu partnerów akademickich oraz małych i średnich przedsiębiorstw zakończyło trzyletni projekt w 2016 r. Każdy partner zaprojektował element urządzenia monitorującego, które złożyły się na całkowity zautomatyzowany system detekcyjny. W urządzenie wbudowano trzy typy czujników - immunoczujniki, wykorzystujące antygeny do detekcji określonych cząsteczek biologicznych, bioczujniki bakteryjne oraz system, służący do wykrywania toksyn za pomocą światłozależnych reakcji, zachodzących w glonach. W szczególności, w ramach projektu BRAAVOO sparowano wysoko wyspecjalizowane bioczujniki z detektorami o ogólniejszym, szerszym spektrum działania. „Chcieliśmy bioczujniki konkretnych związków, na przykład, pojedynczego antybiotyku lub toksyny, wytwarzanej przez glony. Niemniej, stosując wysoko wyspecjalizowane bioczujniki, można pominąć inne toksyny obecne w wodzie, dlatego uwzględniliśmy również bioczujniki o bardzo szerokim działaniu, które reagują na wszystko, co może być toksyczne” wyjaśnia van der Meer. Wykrywanie toksyczności nie zawsze jest łatwe, gdyż nie zawsze wiadomo, czego należy szukać, lecz w projekcie BRAAVOO przyjęto podejście, by wykrywać biologiczne skutki toksyczności w komórkach zamiast identyfikacji substancji o znanej toksyczności. Na przykład, van der Meer mówi „Przyglądając się dowodom stresu bakteryjnego, można wypracować bardzo czuły detektor związków toksycznych lub kombinacji związków obecnych w wodzie, które wywołają toksyczność wśród innych żywych organizmów”. W urządzeniu BRAAVOO zastosowano trzy pomysłowe metody detekcji biologicznej. Samo urządzenie zaprojektowano z myślą o montażu na boi morskiej i zautomatyzowanej analizie. Immunoczujniki wykorzystują przeciwciało, które będzie się wiązało z docelowymi związkami. „Innowacja polegała tu na wykrywaniu bardzo niewielkich zmian w rozmiarach interaktywnego kompleksu przeciwciało-cel, które umożliwia miniaturyzację testu” mówi van der Meer. Czujniki bakteryjne wykorzystują komórki wysuszone po zamrożeniu, które wywołują bioluminescencję w styczności z docelową substancją chemiczną, taką jak rtęć czy kadm. Ilość wytworzonego światła jest miarą stopnia ekspozycji na oddziaływanie substancji chemicznych. W trzecim czujniku zastosowano unieruchomione morskie glony w niewielkich kroplach, wystawionych na działanie próbek w komorze inkubacyjnej, w której można wykryć fluorescencję. Badanie systemu w autentycznych warunkach było wyzwaniem, gdyż, jak mówi van der Meer „Nie mogliśmy przedtem skontrolować poziomu skażenia obecnego w morzu”. Dlatego zdecydowano się wykorzystać mezosystem - pojemnik o rozmiarach wystarczających, by pomieścić cały układ, który sztucznie skażono. Urządzenie z powodzeniem przetestowano również u wybrzeży Irlandii. Jakkolwiek nie starano się wypracować prototypu, zdatnego do komercjalizacji z uwagi na ograniczone zasoby, oparty na glonach system detekcji obecnie rozwija firma Biosensor SRL we Włoszech.
Słowa kluczowe
BRAAVOO, bioczujniki, biotechnologia drobnoustrojów, ocena oddziaływania na środowisko oceaniczne, monitorowanie toksyczności, immunoczujniki, bioluminescencja, fluorescencja, glony
