Notícia com publicação científica
Bactérias projetadas podem detectar poluentes ou nutrientes no solo mesmo à distância e auxiliar na monitorização agrícola
Usando imagem hiperespectral, pesquisadores conseguiram detectar substâncias a uma distância de até 90 metros
Freepik (Imagem gerada por Inteligência Artificial)
14 de abril de 2025, 16:11

Fonte

Anne Trafton, MIT News

Publicação Original

Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Áreas

Agricultura, Agronomia, Bacteriologia, Bioinformática, Biologia, Ciências Agrárias, Engenharia Biológica, Genômica, Microbiologia, Solo

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Resumo

Usando biotecnologia, análises quânticas e algoritmos computacionais, pesquisadores do MIT conseguiram usar bactérias projetadas para identificar a imagem hiperespectral de substâncias-alvo em distâncias de até 90 metros.

O novo método estimula as células a produzirem moléculas repórteres hiperespectrais que geram combinações únicas de cores, que podem ser detectadas por câmeras hiperespectrais montadas em drones, por exemplo.

Foco do Estudo

Aplicar os conceitos de molécula repórter hiperespectral e imagem hiperespectral para conseguir detectar moléculas-alvo à distância.

Por que é importante?

Existem diversas maneiras de projetar células bacterianas para que possam detectar uma substância química específica.

Por exemplo, pode-se conectar a detecção de uma molécula a uma saída, como a proteína fluorescente verde.

Esses ‘sensores’ funcionam bem para estudos de laboratório, mas não podem ser usados em longas distâncias, já que ficaria impossível a detecção dos sinais emitidos pelas células bacterianas.

Estudo

Bactérias podem ser projetadas para atuarem como ‘sensores’,  emitindo sinais quando detectam uma variedade de moléculas, como poluentes ou nutrientes do solo. Porém, até aqui, esses sinais só podiam ser observados no microscópio, o que impossibilitava a aplicação de tais bactérias em larga escala.

Em um novo estudo, cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos EUA, usaram um novo método para viabilizar a aplicação destas bactérias projetadas em larga escala.

O novo método estimula as células a produzirem moléculas que geram combinações únicas de cores, e esses sinais poderiam ser detectados a até 90 metros de distância. Neste caso, os sinais emitidos pelas bactérias poderiam ser monitorizados por drones, por exemplo, para aplicações agrícolas.

“É uma nova maneira de extrair informações da célula. Se você estiver próximo a ela, não consegue ver nada a olho nu, mas a dezenas de metros de distância, usando câmeras específicas, é possível obter as informações quando ela está ‘ligada’”, afirmou o Dr. Christopher Voigt, professor e chefe do Departamento de Engenharia Biológica do MIT e autor sênior do novo estudo.

Em artigo publicado na revista científica Nature Biotechnology, os pesquisadores demonstraram a manipulação de dois tipos diferentes de bactérias para produzir moléculas que emitem comprimentos de onda distintos de luz nos espectros visível e infravermelho, que podem ser visualizados com câmeras hiperespectrais.

O interessante dessa tecnologia é que você pode conectar e usar qualquer sensor que desejar. Não há razão para que qualquer sensor não seja compatível com essa tecnologia

Dr. Yonatan Chemla, pós-doutorando do MIT e um dos principais autores do artigo

Resultados

Para viabilizar o sensoriamento em longa distância, a equipe do MIT teve a ideia de projetar células que produzem moléculas repórter hiperespectrais ao detectarem uma molécula-alvo. Então, essas moléculas repórter hiperespectrais podem ser detectadas usando câmeras hiperespectrais, que podem determinar a quantidade de cada comprimento de onda de cor presente em um determinado pixel.

“Você poderia adicionar uma dessas [moléculas] repórteres a uma bactéria ou a qualquer célula que tivesse um sensor geneticamente codificado em seu genoma. Assim, ela poderia responder a metais, radiação, toxinas no solo, nutrientes no solo ou qualquer outra coisa à qual você queira que ela responda”, explicou o professor Christopher Voigt.

As células produzem sinais que podem ser detectados por câmeras hiperespectrais montadas em drones. As câmeras levam cerca de 20 a 30 segundos para varrer o campo de visão, e algoritmos de computador então analisam os sinais para revelar se os repórteres hiperespectrais estão presentes.

Os pesquisadores relataram que conseguiram captar imagens a uma distância máxima de 90 metros, mas estão trabalhando para aumentar essa distância de detecção.

Antes de serem implantados, os sensores ainda precisam passar pela aprovação regulatória da Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA), bem como do Departamento de Agricultura dos EUA, para uso agrícola.

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Autores/Pesquisadores Citados

Dr. Christopher Voigt

Professor do Departamento de Engenharia Biológica do MIT

Dr. Yonatan Chemla

Pós-doutorando do MIT

Instituições Citadas

Publicação

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a revista científica Nature Biotechnology (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

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