Ученые упаковали бактерии в гидрогель с твердой оболочкой, которая пропускает только малые молекулы, но не дает самим бактериям или их генетическому материалу покинуть пределы капсулы. На основе такой конструкции можно создавать биологические элементы, выполняющие простые вычислительные операции, и использовать как биосенсоры — и не бояться выпустить в окружающую среду модифицированные организмы.

Разработчики показали, что чувствительность системы позволяет определять превышение допустимых концентраций тяжелых металлов в воде и протестировали систему на образце из местной реки. Работа опубликована в Nature Chemical Biology.

Генетически модифицированные микроорганизмы — многообещающий инструмент для очистки окружающей среды, применения в сельском хозяйстве и создания живых устройств — например, биосенсоров на основе бактерий. Однако их применение сильно ограничено: существует вероятность, что бактерии или их генетический материал окажутся в окружающей среде, а это нежелательно, даже если сами по себе измененные бактерии неопасны.

Зачастую в целях безопасности в синтетической биологии используют химические способы сдерживания микроорганизмов. Например, оснащают бактерии генами, которые кодируют токсичные для самой бактерии вещества. Такая клетка может выжить, только пока она находится в питательной среде со специфическим антидотом.

Однако подобные стратегии неидеальны: как и любые живые существа, измененные бактерии мутируют и со временем приобретают новые свойства. Существует ненулевая вероятность, что какие-то из них смогут научиться выживать и без помощи разработчиков. Надежный физический барьер в дополнение к химическим способам сдерживания позволил бы расширить область безопасного применения биологических устройств.

Капсулы для бактерий можно создать на основе гидрогелей — материалов, которые могут предоставить бактериям водную среду с питательными веществами, достаточно комфортную для роста клеток. Альгинатные гели (нерастворимые соли альгинатной кислоты) — нетоксичные и недорогие — уже используются в медицине, например, для доставки лекарственных средств. Однако в качестве физических барьеров, препятствующих побегу бактерий, они подходят плохо: то же изменение кислотности среды может разрушить гель.

Биологи из Массачусетского технологического института под руководством Тимоти Лу (Timothy K. Lu) предложили решение проблемы: они упаковали альгинатный гидрогель с бактериями в прочную оболочку.