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原创编译，转载须注明来源！  近日，MIT的工程师们设计出一种装载细菌的可食用传感器，这些细菌经过基因改造，能够诊断胃出血以及其他胃肠道问题。 这种“片上细菌”技术将由活细胞制成的传感器和超低功耗电子元件结合起来，将细菌的反应转化为智能手机可读取的无线信号。 MIT计算机科学以及生物工程学副教授Timothy Lu说：“通过将生物工程传感器与低功耗无线电子元件结合的方式，我们可以实时地探测身体内部的生物信号，使这可以成为一种诊断人类健康情况的新技术。” 这项研究于近日已发表在《Science》上。研究人员制造出的这种传感器能够对血红素产生反应，并且在猪身上证实了这种方法的可行性。他们还设计了能对一种炎症标志物分子反应的传感器。 Anantha Chandrakasan是MIT工程学院的主任，也是电子工程和计算机科学教授，他和Lu是这项研究的高级作者。第一作者是研究生Mark Mimee和MIT的博士后Phillip Nadeau。 无线通信 在过去十年中，合成生物学家们已经在细菌工程方面取得了很大进展。使细菌能对环境中的污染物或疾病标志物做出反应。这些细菌可以被设计成在检测到目标刺激物时产生诸如光的输出，但是通常需要专门的实验室设备来测量这种响应。 为了使这些细菌对于现实世界来说更加实用，MIT的团队将它们与电子芯片结合起来，将细菌的反应转化为无线信号。 Nadeau说：“我们的想法是，将细菌细胞打包到一个装置中，并随着这个装置通过胃部继续前行。” 在最初的演示中，研究人员们关注于胃肠道出血。他们设计了一种大肠杆菌益生菌菌株来表达一种基因回路，使该细菌遇到血红素的时候能够发光。 他们将细菌放置于定制的传感器的四个孔中，并用半透膜覆盖，使周围环境中的小分子可以扩散进来。在每个小孔中，有一个可以测量细菌细胞产生光量的光电晶体管，并将信息传递给微处理器，微处理器能够向附近的电脑或智能手机发送无线信号。研究人员还专门开发了一款安卓APP来分析数据。 这种传感器是一个1.5英尺长的柱体，功率为13微瓦特。研究人员为这种传感器配备了一个2.7伏的电池，持续使用的话大约可以坚持1.5个月。他们说，它也可以利用由胃酸性液体维持的原电池来供电。Nadeau和Chandrakasan在过去开发过这种技术。  图片来源：《Science》 Chandrakasan说：“这项研究的重点是系统设计和集成，将细菌的感知能力和低功耗电路技术结合起来，实现重要的健康感知应用。” 诊断疾病 研究人员测试了猪的可摄入传感器，并发现这种传感器能够准确地检测到胃中是否出血。他们期望，这种传感器既可以作为一次性使用，也可以在消化道中停留数天甚至数周，来持续发送信号。  图片来源：《Science》 目前，如果医生怀疑患者因胃溃疡而导致出血，他们必须接受胃镜来检查，而胃镜检查的过程非常痛苦。 Mimee 说：“这个传感器的目的是使人们避免不必要的检查手段，而只需要吞下一个胶囊就行了，可以在相对短的时间内知道自己身体内部是否出血。” 为了将该技术用于患者，研究人员计划减少传感器的尺寸，并研究细菌细胞在消化道内可以存活多久。他们还希望开发出检测出血之外的其他胃肠道问题的传感器。 在这篇论文中，研究人员将他们过去开发的用于检测另外两种分子的传感器进行了调整，之前的传感器并没有进行动物测试。其中一种传感器能够检测硫代硫酸盐，这是一种与炎症有关的物质，该传感器可以被用于监测克罗恩氏病及其他炎症疾病的患者。另外一种传感器能够检测名为AHL的细菌信号分子，AHL能够作为胃肠道感染疾病的标记，因为不同种类细菌产生的分子存在些许不同。 Mimee说：“我们在这篇论文中描述的大部分工作都与血液相关，但是可以想象，我们可以改造细菌使其能够检测到任何东西并发光作为响应。任何想要改造细菌使其能够检测到与疾病相关的分子的人都可以将这些细菌放置于传感器的小孔中，然后就可以开始了。” 研究人员称，这些传感器还可以携带多种细菌，使它们能够检测多种疾病。 Nadeau说：“现在，我们拥有四个检测位点，但是如果将这些位置扩展至16或256，那么我们就可以放置更多不同种类的细菌细胞，并同时通过它们读取信息，实现更高效的筛选。” 中国生物技术网诚邀生物领域科学家在我们的平台上，发表和介绍国内外原创的科研成果。 本公众号由中国科学院微生物研究所信息中心承办 微信公众号：中国生物技术网
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