近年来，废水监测已成为监测人口健康的重要性。写入分析化学趋势，，，，一组研究人员发表了一篇论文，探索了用于废水监测的合成传感系统。
合成生物学使水污染物可实地可剥离的生物传感器。图片来源：vastram/shutterstock.com
废水监测的重要性
当人们上厕所，洗或用水进行家庭，商业和工业活动时，所使用的水进入污水处理系统。监测此废水对疾病，污染物和药物生物标志物提供有关人群健康状况的信息。因此，通过分析这些生物标志物的废水并提供早期检测，基于废水的流行病学，可以告知公共卫生策略。
最近的COVID-19大流行表明，有必要进行有效有效的废水监测以控制疾病暴发。研究表明，病毒在废水和污水中可以保持几天，从而为流行病学家提供了有关发生多少病原体传播的信息。除了监测外，在处置和再利用之前对废水进行消毒可以帮助控制暴发。
Current Methods for Wastewater Monitoring
目前，科学家采用了几种技术来监测废水中的生物标志物的存在。该领域使用的工具包括用于化学检测的质谱和聚合酶链反应以检测病原体。
Whilst these are effective tools, there are some challenges involved with their use. These methods require trained operators and complex devices to be effective. They also require adequate sample collection. Currently, employed methods can suffer from a lack of portability and sensitivity. The need for new, more sensitive, portable, and easy-to-use sensing methods has increased in recent years.
将生物传感器用于基于废水的流行病学
由于它们在敏感性，快速响应时间和可移植性方面具有优势，因此生物传感器已成为早期检测废水和污水中生物标志物的吸引人工具的突出性。此外，生物传感器需要最少的样品体积和处理。已经提出了许多用于监测污水的传感平台，这是一个复杂的基质，包括ELISA和机械生物传感器。
进一步阅读: Using Graphene to Purify Seawater
在这些平台中，基于细胞的生物传感器在水质评估实验室中表现出了巨大的希望。基于细胞的生物传感器同时使用天然和工程细胞，并且易于制造且易于制造。尽管有这些优势，但使用基于细胞的生物传感器仍然存在安全问题，这些生物传感器对基于现场的应用构成了挑战。
Using Synthetic Biology Approaches
为了克服基于细胞的生物传感器的局限性，研究人员最近转向基于合成生物学的方法。已经开发了无细胞表达系统，包括细胞裂解物以及纯化的翻译和转录成分。使用合成生物学方法，可以开发可克服传统感应和监测技术的局限性的田间剥离生物传感器的巨大潜力。
The study in分析化学趋势has outlined several current approaches in synthetic biology to develop cell-based and cell-free biosensors for wastewater monitoring of pathogens and chemicals. One recent study has integrated machine learning in whole-cell biosensors using microfluidic platforms. The system developed provides real-time, field-deployable monitoring of heavy metals. A library of大肠杆菌使用基于基于的转录记者以及AI分类器。
CRISPR-CAS显示出由于其多功能性和功率作为工具而产生准确和敏感的生物传感器的潜力。CRISPR-CAS的限制是误报的创造。这是由于脱靶效应。输出取决于GRNA结构和目标结构的识别等因素。
在最近的研究中，已经采用了机器学习来改善GRNA设计并减少脱靶效应，从而改善了这些系统的检测。尽管CRISPR-CAS的使用仍然具有挑战性，但发现新的CAS受体和诊断工具的改进有助于基于该技术的新生物传感器的开发。
其他研究集中在为设备开发完全合成的传感零件，从而克服了使用有机成分的当前方法所面临的非天然组件检测的局限性。
此外，野外可剥离的生物传感器需要较少复杂的样品准备和分析，并且删除复杂的设备，并且对专业操作员的需求是有利的。app亚博体育纸质基板或管中的冷冻干燥测定试剂改善了生物传感器的响应时间，并简化了过程。
持续的挑战和未来
尽管基于合成细胞和无细胞的生物传感器的领域取得了重大进展，用于检测废水中的生物标志物，但该技术仍存在阻碍其在该领域部署的技术。
这些挑战主要与废水的复杂组成有关。非目标分子会干扰检测结果。另外，靶分子可能以低浓度存在，从而促进对具有低检测极限的生物传感器的需求。
However, there has recently been reported the possibility of concentrating wastewater or purifying target molecules and using a lateral flow-based system to analyze the resulting samples. A multidisciplinary approach may be needed to address the challenges of wastewater monitoring. The study has highlighted the potential for synthetic biology approaches to tackle these challenges.
进一步阅读
Saltepe，B，Wang，L，＆Wang，B（2021）合成生物学使水污染物可实地可剥离的生物传感器[在线的]分析化学趋势|亚博老虎机网登录ScienceDirect.com。可用网址：https://www.亚博老虎机网登录sciendirect.com/science/article/abs/pii/s0165993621003307
免责声明：此处表达的观点是以其私人身份表达的作者的观点，不一定代表AZOM.com的观点有限的T/A Azonetwork本网站的所有者和运营商。此免责声明构成了条款和条件使用此网站。