Toprak sağlığını kontrol etmek, yakında yerel bakterilere sorarak oldukça basit hale gelebilir. Dronlar veya uydular, bakterilerin besinler veya kirleticiler gibi tetikleyicilere tepki olarak verdikleri farklı renkli ışıklar sayesinde bu yanıtları algılayabilir.
Bakteriler, belirli koşullar sağlandığında moleküller üretmeleri için kolayca düzenlenebildikleri için zaten yaygın bir şekilde sensör olarak kullanılmaktadır. Ancak yanıtlarını kontrol etmek genellikle mikroskop ve zaman gerektirir.
SENSÖR SİSTEMİ TASARLANDI
MIT araştırmacıları, bakterilerin hedef tespit ettiklerinde belirli ışık dalgaboylarında parlamalarını sağlayan bir sensör sistemi tasarladı. Bu sistem, esasen her molekülü, kimyasalı veya bakteriyi tespit edebilecek kadar esnek görünüyor. İki farklı bakteri eklenerek, tarlalar kirleticilerle kirlenmişse kırmızı, besinler yüksekse yeşil parlayacak şekilde ayarlanabilir.
"Bu, toprakta metaller, radyasyon, toksinler veya besinler gibi herhangi bir şeye tepki verebilir," diyor MIT biyolojik mühendislik uzmanı Christopher Voigt.
Ekip, özel kameralar kullanarak dronlar veya binalara monte edilmiş kameralarla toprak örneklerini taradı. Hedef içeren örnekler, kontrol örneklerine göre 12 kat daha güçlü bir sinyal yayarak 90 metreye kadar uzaktan tespit edilebildi.
KAMERALAR TARAFINDAN ALGILANABİLİYOR
Bu parlama çıplak gözle görünmez – bu teknoloji, her pikseldeki ışık miktarını analiz edebilen hiperspektral kameralar kullanarak çalışıyor. Bu, diğer cihazlar için fark edilemeyecek, hatta insan gözüyle görülmeyecek renk değişikliklerini yakalamalarını sağlıyor.
Ekip, bakterileri "raporlama" molekülleri üretmek için genetik mühendislik ile tasarladı. Bu moleküller, hiperspektral kameralar tarafından algılanabiliyor. Araştırmalarında, 20.170 metabolitten en uygun adayları bulmak için kuantum mekanik simülasyonları gerçekleştirdiler.
Sonunda, iki umut verici aday seçtiler: Morarmış bölgelerde yeşil bir ton verebilen biliverdin pigmenti ve mikropların fotosentez için kullandığı bakterioklorofil. Biliverdin üretmek için gerekli enzimler, Pseudomonas putida adlı toprak bakterisine, bakterioklorofil üretmek için gereken enzimler ise Rubrivivax gelatinosus adlı su mikrobusuna eklendi.
Bu çıktılar, bakteriyel genomlardaki sensör devrelerine bağlandı – bu durumda, yakındaki diğer bakterileri tespit etmek için. Ancak, tetikleyici neredeyse herhangi bir şey olabilir, kirli topraktaki kimyasallar da dahil.
TOPRAK VE KUM ÖRNEKLERİ YERLEŞTİRİLDİ
"Bu teknolojinin güzel tarafı, istediğiniz sensörü ekleyip çıkarabilmenizdir," diyor MIT çevresel mikrobiyom mühendisi Yonatan Chemla. "Herhangi bir sensörün bu teknolojiyle uyumsuz olmasının bir nedeni yok."
Fikirlerini test etmek için, ekip hava ile açık olan kutularda toprak veya kum örnekleri yerleştirdi ve bazıları gömülü hedef diskler içeriyordu. Dronlar veya çatılardaki hiperspektral kameralar, yüzlerce veya binlerce metrekareyi 30 saniye içinde tarayabiliyordu.
Ve gerçekten de, hedefleri içeren kutular, kontrol örneklerine göre güçlü şekilde parladı.
Araştırmacılar, bu sistemin güvenliği ve düzenlemeleri hakkında daha fazla araştırma yapıldığını belirtiyor. Ancak, bu teknoloji çevre izlemeleri için büyük bir potansiyel gösteriyor.
