Northwestern University syntetiska biologer utvecklade en enkel, billigt nytt test som kan upptäcka farliga nivåer av fluor i dricksvatten.

Kostar bara slantar att göra, systemet behöver bara ett dropp och en snärt:Droppa en liten vattendroppe i ett förberett provrör, snärta på röret en gång för att blanda det och vänta. Om vattnet blir gult, då finns en överdriven mängd fluor - som överstiger EPA:s strängaste reglerande standarder - närvarande.

Denna metod skiljer sig markant från nuvarande tester, som kostar hundratals dollar och ofta kräver vetenskaplig expertis att använda.

Forskarna testade systemet både i laboratoriet i Northwestern och på fältet i Costa Rica, där fluor är naturligt rikligt nära vulkanen Irazu. När det konsumeras i stora mängder under långa tidsperioder, fluor kan orsaka skelettfluoros, ett smärtsamt tillstånd som hårdnar ben och leder.

Amerikaner tenderar att tänka på hälsofördelarna med små doser av fluor som stärker tänderna. Men på andra håll i världen, särskilt över delar av Afrika, Asien och Centralamerika, fluor förekommer naturligt i halter som är farliga att konsumera.

"I USA, vi hör om fluor hela tiden eftersom det finns i tandkrämen och den kommunala vattenförsörjningen, " sa Northwesterns Julius Lucks, som ledde projektet. "Det gör kalciumfluorid, vilket är väldigt svårt, så det stärker vår tandemalj. Men över en viss nivå, fluor härdar också leder. Detta är för det mesta inte ett problem i USA, men det kan vara ett försvagande problem i andra länder om det inte identifieras och åtgärdas."

Forskningen publicerades online förra veckan (13 december) i tidningen ACS syntetisk biologi .

Lucks är docent i kemisk och biologisk teknik vid McCormick School of Engineering och medlem av Northwesterns Center for Synthetic Biology. Verket utfördes i samarbete med Michael Jewett, professor i kemisk och biologisk teknik i McCormick och chef för Center for Synthetic Biology. Forskarstuderande Walter Thavarajah, Adam Silverman och Matthew Verosloff ledde forskningen.

Fälttest framgång

Fluor är ett naturligt förekommande grundämne, som kan sippra ut ur berggrunden till grundvattnet. Finns även i vulkanisk aska, Fluor är särskilt rikligt i områden som omger vulkaner.

Hem till tre vulkaniska räckviddssystem, Costa Rica verkade vara en naturlig plats att testa enheten i fält. Matthew Verosloff, en doktorsexamen kandidat i Lucks laboratorium, reste till Costa Rica och tog olika vattenprover – från lerpölar, dammar och diken.

"Varje test på dessa fältprover fungerade, " Sa Lucks. "Det är spännande att det fungerar i labbet, men det är mycket viktigare att veta att det fungerar på fältet. Vi vill att det ska vara enkelt, praktisk lösning för människor som har störst behov. Vårt mål är att ge individer möjlighet att övervaka förekomsten av fluor i sitt eget vatten."

Hur det fungerar

Även om enheten är enkel att använda, det förberedda provröret innehåller en sofistikerad syntetisk biologisk reaktion. Lucks har ägnat flera år åt att arbeta med att förstå RNA-vikningsmekanismer. I sitt nya test, han sätter den här vikmekanismen i arbete.

"RNA viks ihop till en liten ficka och väntar på en fluoridjon, " förklarade han. "Jonen kan passa perfekt i den fickan. Om jonen dyker upp, då uttrycker RNA en gen som gör vattnet gult. Om jonen inte dyker upp, då ändrar RNA form och stoppar processen. Det är bokstavligen en switch."

According to Lucks, organisms already perform this function in nature. "Fluoride is toxic to bacteria, " he said. "They use RNA to sense fluoride in the cell, then they make a protein to pump it out and detoxify."

Lucks' system works in the same way. But instead of producing a protein pump, his test produces a protein enzyme that makes a yellow pigment, so people can see the results with a simple glance.

Lucks' team freeze-dried the RNA reaction, which looks like a tiny cotton ball, and put it into a test tube. In this form, the reaction is safe and shelf-stable. A small pipette accompanies the test tube. When placed in water, the pipette absorbs exactly 20 microliters—just the small drop that's needed to rehydrate the reaction. Därifrån, it takes two hours to get a result, which Lucks intends to accelerate in future iterations.

"We're currently limited to testing for fluoride, " said Thavarajah, tidningens första författare. "But we're trying to engineer other RNAs to detect all sorts of targets."