I biologi sintetici della Northwestern University hanno sviluppato un semplice, nuovo test economico in grado di rilevare livelli pericolosi di fluoro nell'acqua potabile.

Costa solo pochi centesimi per fare, il sistema ha solo bisogno di un gocciolamento e un tocco:gocciolare una minuscola goccia d'acqua in una provetta preparata, muovi il tubo una volta per mescolarlo e aspetta. Se l'acqua diventa gialla, quindi è presente una quantità eccessiva di fluoro, che supera gli standard normativi più rigorosi dell'EPA.

Questo metodo è nettamente diverso dai test attuali, che costano centinaia di dollari e spesso richiedono competenze scientifiche per essere utilizzate.

I ricercatori hanno testato il sistema sia nel laboratorio della Northwestern che sul campo in Costa Rica, dove il fluoro è naturalmente abbondante vicino al vulcano Irazu. Se consumato in quantità elevate per lunghi periodi di tempo, il fluoro può causare fluorosi scheletrica, una condizione dolorosa che indurisce ossa e articolazioni.

Gli americani tendono a pensare ai benefici per la salute di piccole dosi di fluoro che rafforzano i denti. Ma altrove nel mondo, in particolare in alcune parti dell'Africa, Asia e America Centrale, il fluoro si trova naturalmente a livelli pericolosi da consumare.

"Negli Stati Uniti, sentiamo sempre parlare di fluoro perché è nel dentifricio e nella rete idrica comunale, " ha detto Julius Lucks della Northwestern, che ha guidato il progetto. "Fa fluoruro di calcio, che è molto difficile, quindi rafforza il nostro smalto dei denti. Ma al di sopra di un certo livello, il fluoro indurisce anche le articolazioni. Questo per lo più non è un problema negli Stati Uniti, ma può essere un problema debilitante in altri paesi se non identificato e affrontato".

La ricerca è stata pubblicata online la scorsa settimana (13 dicembre) sulla rivista Biologia sintetica ACS .

Lucks è professore associato di ingegneria chimica e biologica presso la McCormick School of Engineering e membro del Center for Synthetic Biology della Northwestern. Il lavoro è stato eseguito in collaborazione con Michael Jewett, professore di ingegneria chimica e biologica a McCormick e direttore del Center for Synthetic Biology. Studenti laureati Walter Thavarajah, Adam Silverman e Matthew Verosloff hanno guidato la ricerca.

Successo del test sul campo

Il fluoro è un elemento naturale, che può filtrare dal substrato roccioso nelle acque sotterranee. Si trova anche nella cenere vulcanica, il fluoro è particolarmente abbondante nelle regioni circostanti i vulcani.

Sede di tre sistemi di catene vulcaniche, Il Costa Rica sembrava un luogo naturale per testare il dispositivo sul campo. Matteo Verosloff, un dottorato di ricerca candidato nel laboratorio di Lucks, viaggiato in Costa Rica e campionato vari campioni d'acqua, da pozzanghere di fango, stagni e fossati.

"Ogni test su questi campioni sul campo ha funzionato, " Ha detto Fortuna. "È eccitante che funzioni in laboratorio, ma è molto più importante sapere che funziona sul campo. Vogliamo che sia facile, soluzione pratica per le persone che hanno il più grande bisogno. Il nostro obiettivo è consentire alle persone di monitorare la presenza di fluoro nella propria acqua".

Come funziona

Sebbene il dispositivo sia semplice da usare, la provetta preparata ospita una sofisticata reazione di biologia sintetica. Lucks ha trascorso anni a lavorare per comprendere i meccanismi di piegatura dell'RNA. Nella sua nuova prova, mette in funzione questo meccanismo di piegatura.

"L'RNA si ripiega in una piccola tasca e aspetta uno ione fluoruro, " ha spiegato. "Lo ione può stare perfettamente in quella tasca. Se lo ione si presenta, poi l'RNA esprime un gene che ingiallisce l'acqua. Se lo ione non viene visualizzato, quindi l'RNA cambia forma e interrompe il processo. È letteralmente un interruttore".

Secondo Fortuna, gli organismi svolgono già questa funzione in natura. "Il fluoro è tossico per i batteri, " he said. "They use RNA to sense fluoride in the cell, then they make a protein to pump it out and detoxify."

Lucks' system works in the same way. But instead of producing a protein pump, his test produces a protein enzyme that makes a yellow pigment, so people can see the results with a simple glance.

Lucks' team freeze-dried the RNA reaction, which looks like a tiny cotton ball, and put it into a test tube. In questa forma, the reaction is safe and shelf-stable. A small pipette accompanies the test tube. When placed in water, the pipette absorbs exactly 20 microliters—just the small drop that's needed to rehydrate the reaction. Da li, it takes two hours to get a result, which Lucks intends to accelerate in future iterations.

"We're currently limited to testing for fluoride, " said Thavarajah, il primo autore dell'articolo. "But we're trying to engineer other RNAs to detect all sorts of targets."