新平台使用无细胞合成生物学来测试17种污染物，包括铅、铜、药品和化妆品
测试的成本很低，工作时间也很短
研究人员在加州天堂市测试了这个平台，那里的野火导致毒素进入供水系统
埃文斯顿病了。——一种新的平台技术，只需几分钟的时间，就可以评估水的安全和质量。
与妊娠测试相比，这个手持平台使用一个样本来提供一个易于阅读的阳性或阴性结果。当检测到污染物超过环保局标准时，它就会发出绿色的光。
由西北大学的研究人员领导的这项测试可以检测17种不同的污染物，包括铅和铜等有毒金属、药品、化妆品和清洁产品。这个平台——由无细胞合成生物学提供动力——非常灵活，研究人员可以不断更新它来检测更多的污染物。
领导这项研究的西北大学的Julius Lucks说:“目前的水测试依赖于一个包含非常昂贵的设备和操作需要专业知识的中央实验室。”寄送样品的成本可能高达150美元，而且需要几周时间才能得到结果。我们提供的技术可以让任何人直接检测自己的水，并在几分钟内知道是否受到污染。它使用起来非常简单，杏耀QQ我们可以把它送到最需要它的人手中。”
这项研究将于7月6日发表在《自然生物技术》杂志上。Lucks是西北大学麦考密克工程学院的化学和生物工程教授，也是合成生物学中心的成员。Lucks实验室的成员Jaeyoung Jung和Khalid Alam是这篇论文的共同第一作者。
分子“味蕾”
确保水质的一个主要挑战是人们通常看不到或尝不到污染物。西北大学的平台使用合成生物学来检测这种不可见的污染，填补了人类感官不足的空白。
在无细胞合成生物学中，研究人员将分子机制——包括DNA、RNA和蛋白质——从细胞中取出，然后对其重新编程，以执行新的任务。这个想法类似于打开汽车的引擎盖，卸下发动机，这样研究人员就可以不受汽车的限制，将发动机用于不同的目的。在这种情况下，Lucks的团队使用了来自细菌细胞的分子机制。
“大自然已经解决了这个问题，”阿拉姆说。“生物学已经花了30亿年的时间来研究一种优雅的污染物检测方法。”
“我们发现了细菌在水中是如何自然地品尝食物的，”Lucks补充道。“它们是通过小分子水平的‘味蕾’来实现的。无细胞合成生物学使我们能够将这些小分子味蕾取出并放入试管中。然后我们可以把它们重新连接起来，产生视觉信号。它会发光，让使用者快速而容易地看到水中是否有污染物。”
这些重新编程的“味蕾”被冷冻干燥，
杏耀平台 ，使其在货架上保持稳定，然后放入试管中。向试管中加入一滴水，然后轻轻搅动它，就会引发化学反应，使冻干的小球在有污染物存在的情况下发光。
“魔法就在管子里，”卢克说。“我们把所有的东西都配制好，冷冻干燥——这个过程和制作宇航员冰淇淋是一样的。”
受女性科学启发
Lucks和他的团队称这个测试平台为“被配体诱导激活的RNA输出传感器”。但他的研究小组给它起了个绰号叫罗莎琳德，以纪念著名的化学家罗莎琳德·富兰克林，她与詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克一起发现了DNA双螺旋结构。下个月(7月25日)就是富兰克林的100岁生日。
“她的工作最终使我们学会了如何用我们的技术重新编程DNA，”Lucks说。
在开始这个项目时，Lucks从他生活中的另一位女科学家那里获得了灵感:他的妻子，西北人类学家Sera Young，她研究全球粮食和水安全以及家庭用水不安全在社会福祉中的作用。
Lucks说:“色拉网研究了恶劣的水质如何影响人们的日常生活。”“人们倾向于去最方便的地方取水。但是如果他们知道水被污染了，他们可能会选择更远的地方寻找更安全的水。我们希望每个人都有他们需要的工具，以便做出明智的决定。”
为了在这个领域测试这个新平台，Lucks, Jung, Alam和西北大学的同事Jean-Francois Gaillard在去年年底访问了加州的Paradise。一年前，一连串的大火摧毁了这个位于加州北部的小镇，摧毁了近1.9万幢建筑，并导致该镇大部分居民流离失所。盖拉德是环境工程学教授，也是水生系统中影响金属的生物地球化学过程方面的专家。
“野火基本上融化了整个城镇，”Lucks说。“他们烧毁建筑物，熔化汽车，把有毒金属排放到环境中。”
Lucks、Gaillard和他们的团队用金标准水测试了ROSALIND，发现ROSALIND能够识别水供应中升高的有毒金属的存在。它还提供了更快、更便宜的结果。
拉克斯和他的团队设想，罗莎琳德可以帮助恢复工作，就像在天堂，居民需要进行成千上万的测试，以确定他们的社区是否安全，重新进入。
“实验室测试没有规模，”阿拉姆说。“对于这个简单的问题:‘我的水可以安全饮用吗?’不应该用几天时间就能得到答案。”
在家测试的困难
当然，灾害并不是造成水不安全的唯一原因。环境中自然存在的重金属，比如铜和铅，会渗入管道，污染家庭的水龙头和学校的饮水机。个人护理产品，如防晒霜和乳液，洗掉了人们的皮肤，最终进入水路。未使用的药品和农业除草剂也会流入我们的水中，最终进入我们的水槽。
但是，除非我们能够直接——定期——检测这些污染物，否则就无法保持内心的平静。
在他们位于伊利诺斯州埃文斯顿的家中测试水时，Lucks和Young指出了一些困难。数月或数年大量摄入铜会导致肝损伤甚至死亡。有鉴于此，Lucks决定检查家庭用水中的铜含量。花费150美元，一个月后才收到结果。
“这是一次测试，”Lucks说。“它不允许通过屋内不同的水龙头检测水的浓度，也不允许随着时间的推移进行暂时性测试。”
铅的检测也不容易。铅测试套件在大多数五金店都可以买到。但在灌满水后，它仍然必须邮寄到一个集中设施。每次测试的费用仍高达150美元，而且需要数周才能得到结果。而且，如果人们想检查他们的水是否含有其他污染物，比如抗生素，对消费者来说根本没有测试。
Jung说:“在开发用于监测病原体的使用点诊断技术方面已经取得了很多进展。”“但在检测化学污染物方面还远远不够。”
Lucks说:“为了确保获得安全和清洁的饮用水，杏耀联系我们需要能够轻松监测水质的技术。”“有了像ROSALIND这样简单易用的手持设备，你就可以在家里或野外测试水——在你最想使用它的地方。”
