CBI Pro-Akademia

MOBILES: Innowacyjne biosensory do monitorowania zanieczyszczeń

W skrócie: 

- CBI Pro-Akademia i Narodowy Uniwersytet Techniczny w Atenach (NTUA) współpracują z innymi 14 partnerami ze środowisk akademickich, badawczych i przemysłowych w celu opracowania prototypów elektronicznych i opartych na organizmach biosensorów do monitorowania organicznych substancji chemicznych, bakterii odpornych na środki przeciwdrobnoustrojowe (AMR) i patogenów w wodzie, glebie i powietrzu. 

- W ramach projektu MOBILES UE opracowane zostaną prototypy przenośnych biosensorów elektrochemicznych zatwierdzonych do kontroli jakości powietrza, gleby lub wody w celu wykrywania pestycydów, hormonów, patogenów i bakterii opornych na środki przeciwdrobnoustrojowe. 

- Projekt MOBILES zbada i opracuje biosensory do wykrywania metali ciężkich, antybiotyków, pestycydów, arsenu, mikroplastików i nanoplastików. Obejmie on genetycznie zmodyfikowane rośliny i bakterie do wykrywania metali ciężkich, antybiotyków i pestycydów oraz wykorzystanie okrzemek morskich do monitorowania degradacji biotworzyw. 

- Konsorcjum przeanalizuje mikrobiotę w zanieczyszczonych obszarach, aby ujawnić klastry genów i różnorodność genetyczną. Pomoże to ocenić funkcje drobnoustrojów i zapewni markery genetyczne do szybkiej oceny stanu gleby i ziemi. 

- Zainteresowania: nauki biologiczne, nauki chemiczne, zdrowie gleby, biosensory elektrochemiczne, rośliny, bakterie, ryzyko środowiskowe, metaanaliza, sekwencjonowanie DNA/RNA, modyfikacje genetyczne, CEC, PMC, oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe. 

 

Wykrywanie bakterii 

Współczesny styl życia i praktyki przemysłowe generują duże ilości odpadów i zanieczyszczeń. Substancje chemiczne, w tym trwałe i mobilne zanieczyszczenia (PMC) oraz zanieczyszczenia budzące obawy (CEC), degradują środowisko. Kolejne poważne globalne zagrożenie dla zdrowia wiąże się z rosnącą opornością bakterii na środki przeciwdrobnoustrojowe (AMR). Patogeny przenoszone przez żywność, w tym Listeria, Salmonella i Campylobacter, stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia publicznego i są już monitorowane. Jednak obecne metody wykrywania bakterii w celu kontroli środowiska są wolne i wymagają specjalistycznych laboratoriów z przeszkolonym personelem. Podobnie, konwencjonalne metody wykrywania zanieczyszczeń, takie jak chromatografia i spektrometria masowa, są dokładne, ale czasochłonne i wymagają specjalistycznego sprzętu. Najnowocześniejsze metody wykrywania nie nadają się do ciągłego monitorowania na miejscu i w czasie rzeczywistym. Długi czas pomiędzy pobraniem próbki a detekcją zmniejsza skuteczność organów zdrowia publicznego i ochrony środowiska we wdrażaniu skutecznych środków zaradczych. 

 

Aby rozwiązać ten problem, w ramach projektu MOBILES opracowanych zostaną nowe biosensory elektrochemiczne. Biosensory to urządzenia, które łączą elementy biologiczne z systemami elektronicznymi w celu wykrywania określonych zanieczyszczeń. Projekt MOBILES stworzy nowe czujniki z wykorzystaniem zaawansowanych nanomateriałów, znacznie poprawiając ich czułość i niezawodność. Wszystkie biosensory będą miały wspólną podstawową elektronikę i zasady działania (np., organiczny ligand zdolny do rozpoznawania docelowych zanieczyszczeń), ale będą się różnić zastosowanym elementem biologicznym:  

• aptasensory oparte na aptamerach rozpoznających komórki bakteryjne lub powierzchnie zarodników,  
• „elektroniczne nosy” do wykrywania i ilościowego oznaczania lotnych związków organicznych (VOC) wytwarzanych przez bakterie,  
• genosensory do wykrywania genów zaangażowanych w oporność na antybiotyki oraz  
• kondensatory międzycyfrowe sfunkcjonalizowane aptamerami dla estradiolu, członka rodziny CEC. 

 

Wykrywanie zanieczyszczeń wody 

Ciągłe zagrożenia (takie jak zanieczyszczenia przemysłowe oraz nadużywanie leków i pestycydów) dla źródeł wody pitnej wymagają rozwiązań w czasie rzeczywistym dla szeroko zakrojonych systemów monitorowania wody w celu wykrywania substancji toksycznych, takich jak metale ciężkie, pestycydy i antybiotyki. Konwencjonalne metody mają ograniczoną zdolność wykrywania subletalnych stężeń aktywnych związków przeciwbakteryjnych. Uszkodzenia spowodowane działaniem środka przeciwbakteryjnego lub pestycydu mogą stymulować różne biologiczne mechanizmy naprawy bakterii. Każdy antybiotyk i/lub pestycyd wyzwala określone szlaki komórkowe, mechanizmy i cele w komórce bakteryjnej. Ta specyficzna reakcja biologiczna, umożliwiająca wykrywanie antybiotyków i pestycydów za pomocą mikroorganizmów, jest badana w ramach projektu MOBILES poprzez wykorzystanie genetycznie zmodyfikowanych bakterii do wykrywania toksycznych zanieczyszczeń w wodzie. W celu wykrywania metali ciężkich (kadm, chrom, ołów, rtęć) w wodzie, MOBILES opracuje urządzenie przepływowe do ciągłego monitorowania przy użyciu systemów biologicznych (genetycznie zmodyfikowanych bakterii) w połączeniu z czujnikiem optycznym i jednostką przepływową. 

 

Wykrywanie zanieczyszczeń gleby 

Do monitorowania innych zanieczyszczeń wykorzystywane będą różne ścieżki. Wysoce toksyczne zanieczyszczenie arsenem może pochodzić z różnych źródeł, w tym z działalności przemysłowej, górnictwa, a nawet procesów naturalnych. Woda i żywność zanieczyszczone arsenem mogą powodować poważne problemy zdrowotne, w tym raka i choroby serca. W celu wykrywania zanieczyszczenia arsenem w glebie i wodach gruntowych, projekt MOBILES opracuje genetycznie zmodyfikowane rośliny, które zmieniają kolor, gdy arsen jest obecny w glebie lub wodzie używanej do ich uprawy. 

 

Zanieczyszczenie mikroplastikami i nanoplastikami budzi obawy dotyczące ich potencjalnego wpływu na zdrowie ludzi. Przenoszenie bardzo małych tworzyw sztucznych przez łańcuch troficzny jest potencjalnym źródłem zanieczyszczenia na wszystkich poziomach troficznych. Zrozumienie dystrybucji, degradacji i cyklu życia mikro- i nanoplastików w środowisku morskim jest ograniczone przez wewnętrzne trudności obecnych technik wykrywania, kwantyfikacji i chemicznej identyfikacji małych cząstek w cieczach. Projekt MOBILES podejmuje to wyzwanie, wykorzystując okrzemki morskie - mikroskopijne glony, które odgrywają kluczową rolę w ekosystemach morskich. Okrzemki są znane ze swojej odporności i zdolności adaptacyjnych, co czyni je idealnymi kandydatami do badania biodegradacji biotworzyw w środowiskach morskich. Wstępne badania wykazały obiecujące wyniki, wskazując, że okrzemki nie tylko przeżywają w środowiskach zawierających biotworzywa, ale także przyczyniają się do ich biodegradacji. 

 

Metagenomika 

Oprócz opracowania czujników, MOBILES przeprowadzi kompleksową analizę metagenomiczną, profilując mikrobiotę zanieczyszczonych obszarów w całej Europie. Prace te odkryją klastry genów i ujawnią różnorodność genetyczną, umożliwiając głębsze zrozumienie funkcji drobnoustrojów. Te spostrzeżenia zapewnią markery genetyczne ułatwiające szybką ocenę stanu gleby i gruntów. Planowane są dwie coroczne rundy pobierania próbek przez co najmniej dwa lata, a pobieranie próbek będzie prowadzone w różnych lokalizacjach w celu ukierunkowania mikrobioty związanej z określonymi rodzajami zanieczyszczeń:  

• Grecja - zanieczyszczenie ściekami miejskimi,  
• Polska - zanieczyszczenie metalami ciężkimi,  
• Cypr - mikroplastiki i tworzywa sztuczne,  
• Francja - rolnictwo i hodowla zwierząt,  
• Włochy - arsen oraz  
• Niemcy - chemikalia i metale ciężkie pochodzące z dawnej działalności górniczej.  

 

Dane genomiczne i transkryptomiczne będą analizowane, wizualizowane i interpretowane przy użyciu narzędzi bioinformatycznych i platformy internetowej opartej na metagenomice gleby, specjalnie zrealizowanej przez partnerów MOBILES. Magazyn danych projektu, zlokalizowany w Hiszpanii, zostanie połączony z innymi znanymi genomicznymi bazami danych w celu zapewnienia szerokiego zakresu informacji. 

 

Biosensory zostaną rygorystycznie przetestowane na rzeczywistych próbkach z zanieczyszczonych miejsc, aby zweryfikować ich wydajność środowiskową. Ponadto w ramach projektu przeprowadzone zostaną oceny bezpieczeństwa, aby zapewnić, że zmodyfikowane genetycznie organizmy i opracowane urządzenia mają minimalny wpływ na środowisko. 

 

MOBILES wykorzystuje najnowocześniejszą biotechnologię w celu zwiększenia dokładności i skuteczności wykrywania zanieczyszczeń biotycznych i abiotycznych, jednocześnie usuwając obecne niedociągnięcia poprzez zastosowanie zaawansowanych nanomateriałów, genetycznie zmodyfikowanych bakterii i roślin oraz elementów naturalnych. Kolejną istotną innowacją projektu jest stworzenie metagenomicznej bazy danych gleby, która będzie mapować geny związane z zanieczyszczeniami i służyć jako źródło do badań środowiskowych i diagnostyki. 

 

Projekt MOBILES jest finansowany przez Unię Europejską (Projekt: 101135402, nabór HORIZON-CL6-2023-ZEROPOLLUTION-01). Projekt jest koordynowany przez Narodowy Uniwersytet Techniczny w Atenach i trwa od 1 września 2024 r. do 29 lutego 2028 r. 

 

Rola CBI Pro-Akademia 

W ramach projektu MOBILES CBI Pro-Akademia przeprowadzi ocenę ryzyka zmodyfikowanych organizmów, a także badania w skali laboratoryjnej dotyczące wpływu organizmów MOBILES na inne organizmy. Nasze badania będą realizowane w celu potwierdzenia bezpieczeństwa organizmów MOBILES, które będzie wymagane w ich zastosowaniu jako wskaźników zanieczyszczenia środowiska. 

 

Więcej informacji 

Więcej informacji można znaleźć na stronie www.mobiles-project.eu oraz na profilu projektu na LinkedIn oraz X. 

 

Konsorcjum projektu: 

National Technical University of Athens (GR) | The National Research Council (IT) | National Research Institute for Agriculture, Żywności i Środowiska (FR) | Uniwersytet Sapienza w Rzymie (IT) | EDEN TECH (FR) | Publiczny Uniwersytet Nawarry (ES) | Instytut Gleboznawstwa i Uprawy Roślin (PL) | Izraelska Organizacja Badań Rolniczych - Centrum Volcani (IL) | Uniwersytet w Bordeaux (FR) | Politechnika Cypryjska (GR) | Uniwersytet w Belgradzie (RS) | MAT4NRG (DE) | Politechnika w Clausthal (DE) | GRANT Garant (CZ) | Centrum Badań i Innowacji Pro-Akademia (PL)  

 

Finansowane przez Unię Europejską. Wyrażone poglądy i opinie są jednak wyłącznie opiniami autorów i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy i opinie Unii Europejskiej lub Europejskiej Agencji Wykonawczej ds. Badań Naukowych (REA). Unia Europejska ani organ przyznający dofinansowanie nie ponoszą za nie odpowiedzialności.