科學家們一直在開發(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)域內發(fā)生變化。需要注意的是，有人擔心這種轉基因細菌可能會逃到野外與其他生物體共享其基因。

麻省理工學院的工程師已經設計出一種方法，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。有關細菌被設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。這些電路的設計使目標的檢測觸發(fā)綠色熒光蛋白或生物發(fā)光的產生。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保基因回路正確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 "化學遏制"的策略，涉及設計細菌傳感器，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，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部，細菌會在受到保護的同時仍然可以檢測重金屬分子。