科學家們一直在開發(fā)工程細菌菌株，旨在用作檢測環(huán)境污染物的傳感器。這種細菌可用于檢測重金屬等污染物。如果部署在環(huán)境中，這些傳感器可以幫助科學家跟蹤污染物水平如何在廣泛的地理區(qū)域內隨時間變化。需要注意的是，有人擔心轉基因細菌可能會逃到野外與其他生物共享基因。

麻省理工學院的工程師相信他們已經設計出一種方法，通過將細菌傳感器包裹在堅固的水凝膠外殼中，防止它們逃逸到環(huán)境中，從而使細菌傳感器的部署更安全。這些項目的研究人員發(fā)現，他們可以將大腸桿菌嵌入水凝膠球體中，從而使他們能夠檢測到他們正在尋找的污染物，并將其與其他生物體隔離開來。

水凝膠球體還可以保護傳感器免受環(huán)境損害。有問題的細菌被設計成表達它們通常沒有的基因回路，使它們能夠檢測各種分子。電路的設計使得目標的檢測觸發(fā)綠色熒光蛋白或生物發(fā)光的產生。細菌還在細胞DNA中記錄了事件的記憶。

在細菌中執(zhí)行此操作所需的遺傳回路通常包括抗生素抗性基因。研究人員說，特定的基因使他們能夠確保將遺傳回路正確插入細菌細胞中。很容易理解帶有使它們具有抗生素抗性的基因的轉基因細菌如果釋放到環(huán)境中可能是有害的。許多細菌可以使用稱為水平基因轉移的過程在不同物種之間交換基因。

為了防止這種基因交換，研究人員過去使用了一種稱為“化學遏制”的策略，涉及設計細菌傳感器，因此它們需要一種無法在野外獲得的人工分子。另一個挑戰(zhàn)是，在大量細菌中，少數細菌有可能獲得突變，使它們在沒有分子的情況下也能生存。

在這項研究中，研究人員通過將細菌封裝在設備中來防止它們逃逸，從而依靠物理遏制。過去，使用塑料和玻璃等材料但不起作用，因為它們會形成擴散屏障，防止細菌與它們需要檢測的分子相互作用。通過將細菌包裹在水凝膠中，水凝膠的孔隙足夠大，可以讓糖和重金屬等分子進入其中，細菌受到保護，仍然可以檢測重金屬分子。