Simpel test kunne forhindre fluor-relateret sygdom

Northwestern Universitys syntetiske biologer udviklede en enkel, billig ny test, der kan påvise farlige niveauer af fluor i drikkevand.

Det koster kun øre at lave, systemet behøver kun et dryp og et svirp:Dryp en lille vanddråbe ned i et forberedt reagensglas, svirp røret én gang for at blande det og vent. Hvis vandet bliver gult, så er der en for stor mængde fluor - der overstiger EPA's strengeste regulatoriske standarder - til stede.

Denne metode er markant forskellig fra nuværende tests, som koster hundredvis af dollars og ofte kræver videnskabelig ekspertise at bruge.

Forskerne testede systemet både i laboratoriet i Northwestern og i marken i Costa Rica, hvor fluor er naturligt rigeligt nær vulkanen Irazu. Når det indtages i store mængder over lange perioder, fluor kan forårsage skeletfluorose, en smertefuld tilstand, der hærder knogler og led.

Amerikanere har en tendens til at tænke på de sundhedsmæssige fordele ved små doser fluor, der styrker tænderne. Men andre steder i verden, specifikt på tværs af dele af Afrika, Asien og Mellemamerika, fluor forekommer naturligt på niveauer, der er farlige at indtage.

"I USA, vi hører om fluor hele tiden, fordi det er i tandpasta og den kommunale vandforsyning, "sagde nordvestens Julius Lucks, der ledede projektet. "Det laver calciumfluorid, hvilket er meget hårdt, så det styrker vores tandemalje. Men over et vist niveau, fluor hærder også led. Dette er for det meste ikke et problem i USA, men det kan være et invaliderende problem i andre lande, hvis det ikke identificeres og løses."

Forskningen blev offentliggjort online i sidste uge (13. december) i tidsskriftet ACS syntetisk biologi .

Lucks er lektor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab ved McCormick School of Engineering og medlem af Northwesterns Center for Synthetic Biology. Værket blev udført i samarbejde med Michael Jewett, professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab i McCormick og direktør for Center for Synthetic Biology. Kandidatstuderende Walter Thavarajah, Adam Silverman og Matthew Verosloff stod i spidsen for forskningen.

Felttest succes

Fluor er et naturligt forekommende grundstof, som kan sive ud af grundfjeldet til grundvandet. Findes også i vulkansk aske, Fluor er særligt rigeligt i områder omkring vulkaner.

Hjem til tre vulkanske rækkevidde systemer, Costa Rica virkede som et naturligt sted at teste enheden i marken. Matthew Verosloff, en ph.d. kandidat i Lucks' laboratorium, rejste til Costa Rica og prøvede forskellige vandprøver - fra mudderpytter, damme og grøfter.

"Hver test på disse feltprøver virkede, " sagde Lucks. "Det er spændende, at det virker i laboratoriet, men det er meget vigtigere at vide, at det virker i marken. Vi ønsker, at det skal være nemt, praktisk løsning til mennesker, der har det største behov. Vores mål er at give enkeltpersoner mulighed for at overvåge tilstedeværelsen af ​​fluor i deres eget vand. "

Hvordan det virker

Selvom enheden er nem at bruge, det forberedte reagensglas rummer en sofistikeret syntetisk biologisk reaktion. Lucks har brugt år på at arbejde på at forstå RNA-foldningsmekanismer. I sin nye test, han sætter denne foldemekanisme i gang.

"RNA folder sig ind i en lille lomme og venter på en fluoridion, " he explained. "The ion can fit perfectly into that pocket. If the ion shows up, then RNA expresses a gene that turns the water yellow. If the ion doesn't show up, then RNA changes shape and stops the process. It's literally a 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. From there, 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, the paper's first author. "But we're trying to engineer other RNAs to detect all sorts of targets."