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天下文化首頁 主題 合成生物不但可監測環境,還能藉此表達愛意
科學自然

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2018.02.14
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合成生物不但可監測環境,還能藉此表達愛意



圖片來源:flickr (CC BY-SA 2.0)

編按:西爾弗博士賦予細胞特殊的能力,讓細菌細胞可以記得自己在生物體內遊歷的過程,並回報給我們。細胞在開放環境中也能比照辦理嗎?

科學家表達愛意的方式

西爾伯格(Joff Silberg)博士和瑪西耶羅(Carrie Masiello)博士是萊斯大學的教授夫妻檔。他是合成生物學家,她是地質學家,但不知怎麼的,他們竟然跨越領域找到真愛。

瑪西耶羅博士研究生物炭,生物炭是植物在缺乏氧氣的情況下受到高溫烘烤形成的。生物炭的形成,相當於把碳封存起來,否則最後那些碳又會回到大氣中,生物炭常被加進土壤裡,以促進植物的生長。我們不太清楚為什麼生物炭有助於植物的生長,可能是因為它會改變土壤中的微生物組成。瑪西耶羅博士希望能有一種細菌,可以將微生物生活在有或沒有生物炭的土壤中,各是什麼狀況回報給她,於是要求西爾伯格博士為她製造合成微生物當作情人節禮物。沒錯,這是真的。

西爾伯格博士創造的細菌會釋放土壤裡不常見的氣體。所以我們把合成細菌置入土壤,然後監測氣體的釋放,便能「竊聽」其他微生物的行為,不必磨碎它們來進行分析。

對於釋放氣體的土壤微生物,我們大部分的人不覺得有什麼浪漫,但這種技術也可能擴展到監測環境汙染。有研究團隊已經把細菌改造成遇到砷和水就會發光,砷愈多,光愈亮。這就像是用毒藥來發光的夜燈。

類似的技術可望用來發現及監測有毒環境。多虧先進的合成生物學,你已經能夠編寫更複雜的細菌程式,不只是「如果偵測到毒素就發光」那麼簡單。

如果細菌不發光,也許更糟

這方面有一項主要的障礙:超毒的環境對細菌來說也很不好。如果你沒看到發光,以為是因為細菌沒有偵測到砷,但實際發生的事情卻是:所有的細菌都死掉了。科學家正在努力解決這個問題。有一種想法是利用特別耐操的生物,它們對有毒的環境早已習以為常。另一種想法則是創造更複雜的訊號機制,遵循以下思路:「紅光代表很糟,綠光代表很好,一點光都沒有,代表『天啊,快點逃!』」。

假如大家決定讓合成細菌在全世界跑來跑去,你幾乎可以持續監測任何地方的環境。如果特定地區的土壤開始發出綠光,你就知道那裡有砷;藍光可能代表汞的毒性程度;黃光可能代表鉛。基本上,如果你發現一處神祕海灣自然閃現七彩光芒,千萬不要喝那裡的水喔。

以上這些事情全都很了不起,但也都非常不容易達成。直接改造遺傳基因的方法自1970年代以來就有了,但那些方法都很困難、很昂貴,又很耗時間。或者,至少過去是這個樣子。就在最近這幾年,可望改變一切的新方法問世了。

(本文摘自拯救或毀滅世界的十種新創科技

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