科學(xué)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。這種細菌可以用來檢測重金屬等污染物。將傳感器部署在環(huán)境中，可以幫助科學(xué)家追蹤污染物水平如何隨著時間的推移在廣泛的地理區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化。需要注意的是，有人擔心這種轉(zhuǎn)基因細菌可能會逃到野外與其他生物體共享其基因。

麻省理工學(xué)院的工程師已經(jīng)設(shè)計出一種方法，通過將細菌傳感器封裝在堅韌的水凝膠外殼中，防止它們逃入環(huán)境中，從而使細菌傳感器的部署更加安全。項目的研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以將轉(zhuǎn)基因大腸桿菌嵌入水凝膠球體中，使其能夠檢測到他們正在尋找的污染物，但又能與其他生物體隔離。

水凝膠球體還可以保護傳感器免受環(huán)境破壞。有關(guān)細菌被設(shè)計成表達它們通常沒有的基因回路，使它們有能力檢測各種分子。這些電路的設(shè)計使目標的檢測觸發(fā)綠色熒光蛋白或生物發(fā)光的產(chǎn)生。細菌還可以將該事件的記憶記錄在細胞DNA中。

細菌中做到這一點所需的基因回路通常包括抗生素抗性基因。研究人員表示，一個特定的基因可以讓他們確?；蚧芈氛_地插入到細菌細胞中。這很容易理解，帶有使其具有抗生素抗性的基因的轉(zhuǎn)基因細菌如果釋放到環(huán)境中，會如何有害。許多細菌可以使用一種稱為水平基因轉(zhuǎn)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被稱為 "化學(xué)遏制"的策略，涉及設(shè)計細菌傳感器，使它們需要一種它們在野外無法獲得的人工分子。另一個挑戰(zhàn)是，在一個非常大的細菌群體中，有一小部分人有可能獲得突變，使他們能夠在沒有分子的情況下生存。

在這項研究中，研究人員靠物理封印，將細菌封裝在一個裝置內(nèi)，防止它們逃跑。在過去，人們使用了塑料和玻璃等材料，但并不奏效，因為它們會形成擴散障礙，阻止細菌與它們需要檢測的分子相互作用。通過將細菌封裝在水凝膠中，水凝膠的孔隙足夠大，可以讓糖和重金屬等分子進入內(nèi)部，細菌會在受到保護的同時仍然可以檢測重金屬分子。