荧光RNA传感器对水安全的灵敏度提高了10倍

水对人类来说基本上是无味的。但对于微生物世界来说，情况远非如此。生活在受污染环境中的细菌已经花了数百万年的时间进化出极其灵敏的分子探测器——能够捕捉特定化学威胁并引发细胞反应的蛋白质。

借用大自然的污染探测器

美国西北大学的化学和生物工程师Julius Lucks提出了一个看似简单的问题：如果我们可以借用这些探测器，将它们完全从细胞中剥离出来，并让它们为我们工作呢？

答案是ROSALIND——一个以化学家罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）命名的平台，是配体诱导激活的RNA输出传感器（RNA Output Sensors Activated by Ligand Induction）的缩写。

Lucks和他的团队没有从头开始构建传感器，而是对微生物已经用来检测污染物的传感分子进行逆向工程，然后在无细胞系统内对其进行重新编程：一种精心准备的分子机器混合物——DNA、RNA和蛋白质——可以在任何生物体外进行生物反应。

当ROSALIND检测到目标化学物质时，它会触发荧光RNA分子的产生，使样品发光，而且所需要的实验室设备最少，并不需要微生物学家在现场。

调高信号音量

该平台的最早版本可以从一滴水中筛选出17种不同的污染物，标记任何超过美国环保署安全阈值的污染物。但灵敏度是一个限制因素——一些污染物的浓度很低，即使是设计良好的生物传感器也可能忽略它们。

Lucks的团队在 《自然化学生物学》（Nature Chemical Biology）发表的研究结果提供一种解决方案， 利用酶进行信号放大，这种酶长期以来，RNA工程师一直被认为是一个令人烦恼的问题。但是，使用它回收和重放检测信号，有效地提高了弱读数的音量。

ROSALIND的最新版本现在比其前身敏感10倍，并且首次可以检测DNA片段和RNA等核酸靶点，而不仅仅是小分子和金属。

从实验室工作台到真实社区

然而，真正的测试并不在实验室里，而是在现场。在芝加哥地区，家庭正在使用该平台测试自来水中的铅含量。

在肯尼亚农村，Lucks的团队在数十户家庭中进行了实地试验，测量了饮用水中的氟化物水平，这是东非部分地区的一个严重的公共卫生问题，那里的地质来源自然会使浓度远远超过安全限值。而且他们实验室开发的基于CRISPR的作物病原体检测仪的田间试验正在肯尼亚和乌干达进行。

Lucks说：“将技术从实验室带到现场至关重要，这不仅是为了发现和纠正技术中的故障模式，也是为了与你试图帮助技术的利益相关者建立联系。”

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https://phys.org/news/2025-01-amplification-toxin-sensitive.html

https://phys.org/news/2026-05-fluorescent-rna-sensor-sensitive-safety.html