Foodborne बीमारी? डीएनए बारकोड वाले सूक्ष्म बीजाणुओं कर सकते हैं का पता लगाने के मूल वस्तुओं — ScienceDaily


हर साल, एक अनुमान के अनुसार 48 लाख अमेरिकियों बीमार पाने से खाद्य जनित बीमारियों में जिसके परिणामस्वरूप, कुछ 128,000 अस्पताल में भर्ती है और 3,000 लोगों की मृत्यु, के अनुसार अमेरिका के केंद्र रोग नियंत्रण और रोकथाम. इस सार्वजनिक स्वास्थ्य समस्या से बढ़ रहा है में अरबों आर्थिक क्षति से उत्पाद याद करते हैं, पर प्रकाश डाला करने की जरूरत है, तेजी से और सही निर्धारण के सूत्रों का कहना है खाद्य जनित बीमारियों.

बढ़ती जटिलता के साथ वैश्विक आपूर्ति श्रृंखला के लिए असंख्य खाद्य पदार्थों के उपभोक्ताओं के लिए उपलब्ध है, तथापि, कार्य की ट्रेसिंग की सटीक मूल दूषित आइटम कठिन हो सकता है ।

में एक उपन्यास समाधान है कि मदद कर सकते हैं निर्धारित मूल के कृषि उत्पादों और अन्य वस्तुओं, हार्वर्ड मेडिकल स्कूल के वैज्ञानिकों ने विकसित किया है एक डीएनए बारकोड वाले माइक्रोबियल प्रणाली है कि इस्तेमाल किया जा सकता है लेबल करने के लिए वस्तुओं में एक सस्ती, स्केलेबल और विश्वसनीय तरीके से ।

रिपोर्टिंग में विज्ञान पर 4 जून, अनुसंधान टीम का वर्णन कैसे सिंथेटिक माइक्रोबियल spores सुरक्षित किया जा सकता है पर शुरू वस्तुओं और सतहों पर एक बिंदु मूल के, इस तरह के एक क्षेत्र के रूप में या विनिर्माण संयंत्र, और पता लगाया जा सकता है और पहचान महीने के बाद.

बीजाणुओं से प्राप्त कर रहे हैं बेकर की खमीर और एक आम बैक्टीरियल तनाव में इस्तेमाल किया अनुप्रयोगों की एक विस्तृत विविधता, के रूप में इस तरह के प्रोबायोटिक पूरक आहार, और बनाया जा करने के लिए में असमर्थ की बढ़ती जंगली में रोकने के लिए प्रतिकूल पारिस्थितिक प्रभाव.

“Spores कर रहे हैं कई मायनों में एक पुराने स्कूल के समाधान के लिए किया गया है और सुरक्षित रूप से छिड़काव पर कृषि माल के रूप में मिट्टी inoculants या जैविक कीटनाशकों दशकों के लिए. हम सिर्फ जोड़ा गया एक छोटे से डीएनए अनुक्रम हम बढ़ाना कर सकते हैं और पता लगाने के लिए,” ने कहा कि अध्ययन की इसी लेखक माइकल स्प्रिंगर, एसोसिएट प्रोफेसर प्रणालियों के जीव विज्ञान में Blavatnik संस्थान में एचएमएस.

“हम भी बहुत मेहनत की है यह सुनिश्चित करने के लिए इस प्रणाली के लिए सुरक्षित है का उपयोग कर, सामान्य माइक्रोबियल उपभेदों और इमारत में कई स्तरों के नियंत्रण,” Springer जोड़ा गया. “हम आशा है कि यह कर सकते हैं इस्तेमाल किया जा करने के लिए समस्याओं को सुलझाने में मदद की है कि भारी सार्वजनिक स्वास्थ्य और आर्थिक निहितार्थ हैं.”

हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों ने सीखा है की एक महान सौदे के बारे में बातचीत के बीच रोगाणुओं और उनके वातावरण । अध्ययनों से पता चलता है कि माइक्रोबियल समुदायों में घरों, सेल फोन पर, मानव शरीर पर और अधिक अद्वितीय रचनाओं के लिए इसी तरह के उंगलियों के निशान. प्रयास का उपयोग करने के लिए माइक्रोबियल उंगलियों के निशान की पहचान करने के लिए उद्गम समय लेने वाली हो सकता है और नहीं कर रहे हैं आसानी से पहुंचा, हालांकि.

उपयोग के लिए कस्टम संश्लेषित डीएनए दृश्यों के रूप में बारकोड दिखाया गया है, सिद्धांत रूप में प्रभावी होना करने के लिए लेबलिंग के लिए भोजन और अन्य मदों. किया जा करने के लिए व्यापक रूप से उपयोगी है, डीएनए बारकोड उत्पादन किया जाना चाहिए सस्ते में बड़ी मात्रा में जारी रहती है, पर वस्तुओं में अत्यधिक चर वातावरण, और करने में सक्षम हो सकता है मज़बूती से और तेजी से डीकोड — बाधाओं है कि इस प्रकार अब तक नहीं किया गया है पर काबू पाने, क्योंकि डीएनए कमजोर है ।

भारी शुल्क पैकेजिंग

उनके अध्ययन में, स्प्रिंगर और उनके सहयोगियों बाहर सेट निर्धारित करने के लिए अगर डीएनए बारकोड पैक के भीतर माइक्रोबियल spores, जो हो सकता है पर छिड़काव फसलों और पहचान महीने बाद, मदद कर सकता है इन चुनौतियों का समाधान.

कई सहित सूक्ष्मजीवों, बैक्टीरिया, yeasts और शैवाल, के रूप बीजाणुओं के जवाब में कठोर पर्यावरण की स्थिति. अनुरूप करने के लिए बीज, बीजाणुओं की अनुमति के लिए सूक्ष्मजीवों के लिए निष्क्रिय रह असाधारण लंबी अवधि के लिए और जीवित रहने चरम स्थिति के रूप में इस तरह के उच्च तापमान पर, सूखे और यूवी विकिरण ।

अनुसंधान दल बनाया कस्टम बनाया डीएनए दृश्यों कि वे में एकीकृत जीनोम के बीजाणुओं के दो सूक्ष्मजीवों — Saccharomyces cerevisiae भी जाना जाता है, के रूप में बेकर की खमीर, और बेसिलस subtilis, एक आम और व्यापक जीवाणु है कि कई वाणिज्यिक उपयोग सहित, के रूप में एक प्रोबायोटिक आहार, एक मिट्टी inoculant और एक fermenting एजेंट में कुछ खाद्य पदार्थों. इन spores हो सकता है सस्ते में उगाया प्रयोगशाला में बड़ी संख्या में.

सिंथेटिक डीएनए दृश्यों को कम कर रहे हैं और नहीं कोड के लिए किसी भी प्रोटीन उत्पाद है, और इस प्रकार जैविक रूप से निष्क्रिय है. में डाला जीनोम में मिलकर, दृश्यों डिज़ाइन कर रहे हैं इतना है कि अरबों के अद्वितीय बारकोड बनाया जा सकता है ।

टीम यह भी सुनिश्चित किया है कि डीएनए बारकोड वाले spores नहीं कर सकता है, गुणा बढ़ने और फैल गया । वे ऐसा किया था का उपयोग करके माइक्रोबियल उपभेदों की आवश्यकता है कि विशिष्ट पोषक तत्वों की पूरकता और हटाने के द्वारा आवश्यक जीन के लिए spores उगना करने के लिए और बढ़ने. शामिल प्रयोगों से लाखों लोगों के सैकड़ों करने के लिए अधिक से अधिक एक खरब के संशोधित spores की पुष्टि की है कि वे करने में असमर्थ रहे हैं के रूप कालोनियों.

पढ़ने के लिए डीएनए बारकोड, शोधकर्ताओं एक सस्ती CRISPR-आधारित उपकरण है कि कर सकते हैं की उपस्थिति का पता लगाने के लिए एक आनुवंशिक लक्ष्य तेजी से और उच्च संवेदनशीलता के साथ. प्रौद्योगिकी कहा जाता है, शर्लक, में विकसित किया गया था व्यापक संस्थान एमआईटी और हार्वर्ड के सहयोग से एक में, नेतृत्व में संस्थान के सदस्यों जेम्स कोलिन्स और फेंग झांग ।

“Spores कर सकते हैं जंगली में जीवित रहने के लिए एक बहुत लंबे समय कर रहे हैं और एक महान मध्यम के लिए हमें शामिल करने के लिए डीएनए बारकोड में कहा,” अध्ययन के सह पहले लेखक Jason कियान, में एक स्नातक छात्र प्रणालियों जीव विज्ञान पर एचएमएस. “पहचान करने के लिए बारकोड को सीधा है, का उपयोग कर एक प्लेट रीडर और नारंगी रंग का एक प्लास्टिक फिल्टर पर एक सेल फोन का कैमरा है । हम कल्पना नहीं किसी भी चुनौतियों के लिए क्षेत्र deployability.”

असली दुनिया

टीम की जांच की प्रभावकारिता उनके बारकोड वाले सूक्ष्म जीवाणु बीजाणु प्रणाली के माध्यम से प्रयोगों की एक किस्म.

वे बढ़ी पौधों प्रयोगशाला में है और प्रत्येक संयंत्र के साथ अलग अलग बारकोड वाले spores. एक सप्ताह के बाद टीका, एक पत्ता और एक मिट्टी के नमूने से प्रत्येक बर्तन काटा गया. बीजाणुओं थे आसानी से पता लगाया है, और यहां तक कि जब पत्ते एक साथ मिलाया गया है, टीम में पहचान सकता है, जो बर्तन में प्रत्येक पत्ती से आया है.

जब पर छिड़काव के बाहर घास और उजागर करने के लिए प्राकृतिक मौसम कई महीनों के लिए, spores बने रहे detectable है, कम से कम के साथ बाहर फैल inoculated क्षेत्र. पर वातावरण इस तरह के रूप में रेत, मिट्टी, कालीन और लकड़ी, बीजाणुओं से बच के साथ महीनों के लिए, कोई नुकसान नहीं समय के साथ, और वे पहचान की गई है के बाद गड़बड़ी के रूप में इस तरह vacuuming, व्यापक और नकली हवा और बारिश.

Spores के लिए बहुत संभावना भी बनी रहती है के माध्यम से स्थिति की एक वास्तविक दुनिया की आपूर्ति श्रृंखला में, शोधकर्ताओं के अनुसार. के रूप में एक सबूत की सिद्धांत रूप में, वे परीक्षण के दर्जनों दुकान खरीदी वस्तुओं का उत्पादन की उपस्थिति के लिए के बीजाणुओं-कीट thuringiensis (बीटी), एक बैक्टीरियल प्रजातियों है कि व्यापक रूप से इस्तेमाल किया एक कीटनाशक के रूप में. वे सही ढंग से पहचान की सभी बीटी-सकारात्मक और बीटी-नकारात्मक पौधों.

अतिरिक्त प्रयोगों में, टीम के निर्माण के लिए एक 100 वर्ग मीटर (~1000 वर्ग फुट) इनडोर रेत की खान और पाया कि spores के प्रसार को कम से कम था के बाद महीने की नकली हवा, बारिश और शारीरिक गड़बड़ी नहीं है ।

उन्होंने यह भी पुष्टि की है कि बीजाणुओं कर सकते हैं पर स्थानांतरित किया जा वस्तुओं पर्यावरण से. Spores आसानी से थे पर पहचान के जूते, जो लोगों के माध्यम से चला गया रेत की खान, यहां तक कि चलने के बाद कई घंटे के लिए सतहों पर थे कि कभी नहीं उजागर करने के लिए spores. हालांकि, बीजाणुओं पता नहीं किया जा सकता पर इन सतहों, सुझाव है कि वस्तुओं को बनाए रखने के बीजाणुओं के बिना महत्वपूर्ण फैल गया ।

इस विशेषता के साथ, टीम, का उल्लेख किया सकता है की अनुमति spores के लिए इस्तेमाल किया जा करने के लिए कि क्या यह निर्धारित एक वस्तु पारित कर दिया गया है के माध्यम से एक टीका क्षेत्र है. वे यह परीक्षण किया विभाजित करके रेत की खान में ग्रिड, प्रत्येक लेबल के साथ अप करने के लिए चार अलग अलग बारकोड वाले spores. व्यक्तियों और एक रिमोट कंट्रोल कार तो navigated रेत की खान.

वे पाया है कि वे सकता है की पहचान विशिष्ट ग्रिड है कि वस्तुओं के माध्यम से पारित कर दिया साथ कम से कम झूठी सकारात्मक या नकारात्मक है, सुझाव है एक संभव आवेदन के रूप में एक पूरक उपकरण के लिए फोरेंसिक या कानून प्रवर्तन.

टीम भी माना संभावित गोपनीयता के प्रभाव, ध्यान देने योग्य है कि मौजूदा प्रौद्योगिकियों के इस तरह के रूप में यूवी रंग, सेल फोन पर नज़र रखने और चेहरे की पहचान कर रहे हैं पहले से ही व्यापक रूप से इस्तेमाल किया है, लेकिन विवादास्पद रहेगा.

“वैज्ञानिकों के रूप में, हमारे प्रभारी को हल करने के लिए वैज्ञानिक चुनौतियों, लेकिन एक ही समय में हम यह सुनिश्चित करना चाहते हैं कि हम स्वीकार करते हैं व्यापक सामाजिक प्रभाव,” स्प्रिंगर ने कहा. “हमें विश्वास है कि बारकोड वाले spores के लिए सबसे उपयुक्त हैं खेती और औद्योगिक अनुप्रयोगों और अप्रभावी हो जाएगा के लिए मानव निगरानी.” परवाह किए बिना, उपयोग और गोद लेने की इस तकनीक के साथ किया जाना चाहिए की एक विचार नैतिकता और गोपनीयता की चिंताओं, अध्ययन के लेखकों ने कहा.

शोधकर्ताओं ने अब कर रहे हैं की खोज के तरीके में सुधार करने के लिए सिस्टम, इंजीनियरिंग सहित संभावित मार डालो स्विच तंत्र में बीजाणुओं, करने के लिए तरीके खोजने सीमा प्रचार और जांच अगर spores इस्तेमाल किया जा सकता है प्रदान करने के लिए अस्थायी जानकारी के स्थान के बारे में इतिहास है ।

“प्रकोप के हानिकारक खाद्य जनित रोगजनकों के रूप में इस तरह लिस्टेरिया, साल्मोनेला और ई. कोलाई स्वाभाविक रूप से होती है और अक्सर,” स्प्रिंगर ने कहा. “सरल, सुरक्षित सिंथेटिक जीव विज्ञान उपकरण और ज्ञान के बुनियादी जीव विज्ञान हमें की अनुमति चीजें बनाने के लिए है कि क्षमता का एक बहुत कुछ को हल करने में वास्तविक दुनिया सुरक्षा के मुद्दों पर.”

अध्ययन के सह पहले लेखक शामिल हैं Zhi जियांग लू, क्रिस्टोफर Mancuso, हान यिंग Jhuang, Rocío डेल कारमेन Barajas-Ornelas और सारा Boswell.

अतिरिक्त लेखकों में शामिल हैं फर्नांडो Ramírez-Guadiana, विक्टोरिया जोन्स, Akhila Sonti, Kole Sedlack, Lior Artzi, Giyoung जंग, मोहम्मद Arammash, मेरी Pettit, माइकल Melfi, वह ल्यों, Siân Owen, माइकल Baym, खलील अहमद, पामेला चांदी और डेविड Rudner.

इस काम के द्वारा समर्थित किया गया था DARPA जैविक मजबूती में जटिल सेटिंग्स (अनुदान HR001117S0029).



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