Wissenschaftler der Northwestern University haben an der Implementierung eines genauen, kostengünstigen und benutzerfreundlichen Tests zum Nachweis toxischer Fluoridwerte in Wasser zusammengearbeitet.
Das neue Biosensorgerät, das bei Northwestern entwickelt wurde, wurde im ländlichen Kenia im Feld getestet und lieferte den Beweis, dass Wassertests auf Fluorid leicht außerhalb eines Labors durchgeführt und von Laien genau interpretiert werden können.
Weltweit leben schätzungsweise zig Millionen Menschen in Gebieten, in denen die Wasserversorgung mit giftigen Mengen von natürlich vorkommendem Fluorid, einer farb-, geruch- und geschmacklosen Substanz, kontaminiert ist. Das Ausmaß des Problems war aufgrund der hohen Kosten oder der Komplexität der verfügbaren Testoptionen schwer abzuschätzen.
Die neue bewährte Testmethode ist ein wichtiger Schritt zur Lösung globaler Gesundheitsbedenken hinsichtlich des Zugangs zu sauberem Trinkwasser und das Ergebnis einer seltenen Zusammenarbeit zwischen Forschern auf den Gebieten der Anthropologie und der synthetischen Biologie.
Die Studienergebnisse werden von veröffentlicht npj Sauberes Wasser am 8. Februar 2023.
Die Studie wurde gemeinsam von der Anthropologin Sera Young aus dem Nordwesten und dem synthetischen Biologen Julius Lucks geleitet. Young ist außerordentlicher Professor für Anthropologie und globale Gesundheitsstudien am Weinberg College of Arts and Sciences und Fakultätsmitglied am Institute for Policy Research (IPR). Lucks ist Professor und außerordentlicher Lehrstuhl für Chemie- und Bioingenieurwesen an der McCormick School of Engineering. Lucks ist außerdem Co-Direktor des Northwestern Center for Synthetic Biology, an dem Young ebenfalls Fakultätsmitglied ist.
Young und Lucks sagen, dass es das erste Mal ist, dass sie gemeinsam Felddaten gesammelt haben, und es zeigt, was möglich ist, wenn Sozialwissenschaftler und synthetische Biologen ihre Köpfe zusammenstecken, um globale Herausforderungen anzugehen.
Das Projekt baut auf und findet eine einzigartige Schnittstelle für frühere Forschungen, die von Lucks und Young, die verheiratet sind, durchgeführt wurden.
Im Jahr 2017 entwickelten Young und Kollegen die Water Insecurity Experiences Scales, um eine Messung der globalen Wasserunsicherheit bereitzustellen, die menschliche Erfahrungen berücksichtigt. Young hat sich für die Veröffentlichung mit der Gallup World Poll zusammengetan Schätzungen für die Hälfte der Welt unter Verwendung der WISE-Skala im Jahr 2022 in Lancet Planetary Health.
Angeregt durch Youngs Forschung begannen Lucks und sein Labor, natürlich vorkommende Biosensoren zu untersuchen – Moleküle, die von Mikroben verwendet werden, um das Vorhandensein von Verunreinigungen zu erkennen. Im Jahr 2020 veröffentlichten sie Arbeiten zur Wiederverwendung von Biosensoren in einem zellfreien System der synthetischen Biologie, die den Nachweis schädlicher Wasserverunreinigungen wie Fluorid im Feld ermöglichen, und nannten die Technologieplattform Rosalind.
Um Youngs Forschung zur Verbesserung der globalen Wassersicherheit voranzutreiben, verbesserte die neueste Iteration der ROSALIND-Technologie von Lucks Lab die Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit des Geräts, um einen einfachen Transport an Orte zu ermöglichen, an denen schädliche Fluoridwerte ein Sicherheitsrisiko darstellen.
Das Forschungsteam sammelte 57 Wasserproben aus 36 Haushalten im ländlichen Kenia, um die Genauigkeit der Messung der Fluoridkonzentration im Vergleich zur Goldstandardmethode des Fluoridphotometers zu bewerten. Sie entwarfen ihre Studien auch, um zu untersuchen, ob die Testergebnisse von nicht fachkundigen Benutzern leicht interpretiert werden könnten, ein Schlüsselindikator dafür, dass die Technologie einen bedeutenden Einfluss auf die Bewältigung der globalen Wasserkrise haben kann.
Die Ergebnisse waren ausgezeichnet und zeigten, dass der Point-of-Use eine 84-prozentige Chance hatte, Fluoridwerte über dem Grenzwert der Weltgesundheitsorganisation von mehr als 1,5 ppm korrekt vorherzusagen.
Die Tests erwiesen sich auch als sehr brauchbar, wobei nur 1 von 57 Tests eine Interpretationsdiskrepanz zwischen dem Benutzer und dem wissenschaftlichen Team aufwies.
„Dies ist eine ganz neue Art, die Wasserqualität zu messen“, sagte Young. „Die Studie zeigt, dass wir Menschen einen Test in die Hand geben können, der auf einer sehr komplexen Biologie basiert, aber sehr einfach funktioniert.“
„Es weist auch auf die Machbarkeit solcher Tests für andere Chemikalien wie Blei und PFAS hin“, sagte Lucks.
Mögliche nächste Schritte für den Point-of-Use-Fluoridtest könnten die Kartierung umfassen, wo sich geogenes Fluorid weltweit befindet.
Young und Lucks sind näher an ihrem Zuhause in Chicago daran interessiert, die Anwendbarkeit eines Heimtests zum schnellen Nachweis von Blei in Wasser zu untersuchen und diese Studie als Modell für die Verknüpfung von Sozialwissenschaften mit synthetischer Biologie zu nutzen, um die Wirkung der synthetischen Biologie zu erhöhen Innovationen.
Die Studie „The Accuracy and Usability of Point-of-Use Fluoride Biosensors: a field study in Nakuru County, Kenya“ erscheint online am 8. Februar 2023 in npj Sauberes Wasser.
Mehr Informationen:
Die Genauigkeit und Verwendbarkeit von Point-of-Use-Fluorid-Biosensoren: eine Feldstudie in Nakuru County, Kenia, npj Sauberes Wasser (2023). DOI: 10.1038/s41545-023-00221-5