Cum ar putea bacteriile să ne spună dacă solul este sănătos – cu un pic de ajutor din partea dronelor
Știați că în viitorul apropiat am putea verifica sănătatea solului doar… întrebând bacteriile locale? Iar răspunsul lor ar putea fi detectat de drone sau sateliți, sub formă de străluciri colorate, în funcție de prezența nutrienților sau a contaminanților.
Bacteriile sunt deja folosite ca senzori, deoarece pot fi modificate genetic pentru a produce anumite molecule în prezența unor substanțe specifice. Dar, până acum, monitorizarea lor necesita microscop și timp.
Totuși, cercetătorii de la MIT au dezvoltat un sistem care ar putea schimba asta: o metodă rapidă, care presupune doar fotografierea solului cu o dronă și așteptarea vreo 30 de secunde. Cum funcționează? Bacteriile modificate strălucesc în anumite lungimi de undă atunci când detectează o substanță țintă.
Un sistem versatil, cu aplicații nelimitate
Acest senzor pare incredibil de flexibil – ar putea detecta aproape orice: molecule, chimicale, bacterii bune sau rele. De exemplu, dacă am folosi două tipuri de bacterii, un câmp ar putea străluci roșu în prezența poluanților și verde când nivelul de nutrienți este ridicat.
„Poate reacționa la metale, radiații, toxine din sol, nutrienți… orice doriți să detectați”, explică Christopher Voigt, inginer biologic la MIT. „Apoi, rezultatul ar fi producerea unei molecule care poate fi observată de la distanță.”
Cum funcționează detectarea de la distanță?
Echipa a folosit camere speciale, montate pe drone sau clădiri, pentru a scana probe de sol în care fuseseră introduse bacterii modificate genetic. Probele care conțineau substanța țintă erau ușor de identificat, emițând un semnal de până la 12 ori mai puternic decât probele de control, de la o distanță de până la 90 de metri.
Dar nu vă imaginați o strălucire vizibilă cu ochiul liber – detectarea se face cu camere hiperspectrale, care pot analiza sute de lungimi de undă din spectrul vizibil și infraroșu. Aceste camere pot observa variații subtile de culoare, invizibile altor dispozitive sau ochiului uman.
Bacterii-programate ca „reporteri” ai solului
Cercetătorii au modificat bacteriile pentru a produce molecule care pot fi detectate de aceste camere. Au început prin a simula peste 20.000 de metabolite, identificând cele mai potrivite pentru detectare.
„Cei mai buni reporteri hiperspectrali sunt cei cu semnături unice și care necesită cele mai puține enzime pentru a fi produși”, explică echipa în studiul publicat.
În final, au ales două molecule promițătoare:
- Biliverdina – un pigment care dă nuanțe verzi contuziilor
- Bacterioclorofila – folosită de unele microorganisme pentru fotosinteză
Bacteriile de sol Pseudomonas putida au fost modificate să producă biliverdină, iar o bacterie acvatică (Rubrivivax gelatinosus) a primit capacitatea de a sintetiza bacterioclorofilă.
De la bacterii periculoase la nutrienți – orice poate fi detectat
Aceste molecule au fost conectate la circuite senzoriale din ADN-ul bacteriilor. În acest studiu, bacteriile erau programate să detecteze alte microorganisme, dar sistemul poate răspunde la orice, inclusiv la chimicale din soluri contaminate.
„Frumusețea acestei tehnologii este că poți adapta orice senzor dorești”, spune Yonatan Chemla, inginer de mediu la MIT. „Nu există niciun motiv pentru care un senzor să nu fie compatibil.”
Teste reușite: dronele au detectat solurile „care strălucesc”
Pentru a verifica funcționarea, cercetătorii au plasat probe de sol sau nisip în cutii deschise, unele conținând discuri cu substanța țintă. Camerele hiperspectrale de pe drone sau acoperișuri au scanat sute de metri pătrați în mai puțin de 30 de secunde – iar probele contaminate s-au evidențiat clar.
Și acum… ce urmează?
Proiectul a fost finanțat de Departamentul de Apărare al SUA și Ministerul Apărării al Israelului, iar echipa lucrează la aspecte de siguranță și reglementare.
„Am lucrat intens în ultimii trei ani pentru a înțelege riscurile, beneficiiile și cadrul legal al acestei tehnologii”, spune Chemla.
Deși mai sunt pași de parcurs, această metodă ar putea revoluționa monitorizarea mediului. Bacteriile pot acoperi suprafețe vaste, funcționează fără energie electrică și pot fi detectate ziua, chiar și în medii complexe – de la terenuri deschise până la zone urbane.
Viitorul monitorizării solului? S-ar putea să fie mai aproape decât credem!