Крошечное устройство, содержащее генетически модифицированные бактерии, вскоре может стать искусственным языком, который быстро анализирует химический состав алкогольного напитка. Используя существующую биологическую нанопорную технологию, лежащую в основе секвенирования ДНК, эти новые инструменты могут даже определять, содержит ли напиток нежелательные добавки или даже смертельные токсины.
Современная нанопоровая технология основана на использовании модифицированных бактерий, обычно Mycobacterium smegmatis, для проведения микроскопических химических анализов. Для этого специалисты сначала создают в клеточной мембране бактерий чрезвычайно крошечные отверстия шириной всего в несколько нанометров. Затем исследователи смешивают изменённые организмы с жидкостью и прикладывают к раствору небольшой электрический заряд. Молекулы жидкости оставляют уникальные следы, проходя через нанопоры M. smegmatis, подобно сканированию штрихкодов. После этого программа, обученная с помощью машинного обучения, почти мгновенно идентифицирует и интерпретирует электрическую сигнатуру. Изначально эта технология использовалась для преобразования подхода генетиков к секвенированию ДНК, но недавно исследователи из Нанкинского университета в Китае предположили, что ту же стратегию можно применить к алкогольным напиткам, таким как вино.
Несмотря на строгие законы о регулировании производства напитков во многих странах, исследования показывают, что загрязнение остаётся «широко распространённой и заметной проблемой», влияющей на здоровье населения. В таких странах, как Лаос, заражённый метанолом алкоголь является серьёзной проблемой, приводящей к сотням смертей в год. В то время как существующие тесты, такие как жидкостная хроматография, требуют громоздкого и дорогостоящего оборудования, которым управляют обученные специалисты, исследователи сравнивают свой прототип с таким простым и компактным тестом на антиген COVID-19. Их результаты, опубликованные в журнале Matter, открывают многообещающий новый путь к созданию более безопасной и однородной алкогольной продукции.
После обучения уникальной модели алгоритмического обучения на основе химического состава различных алкогольных напитков, включая виски, бренди, китайский байцзю и белое вино, исследователи нанесли капли каждой жидкости на своё устройство. Их инструмент точно классифицировал каждый образец на основе показаний нанопор, что, по их мнению, подчёркивает его «значимость в производстве алкогольных напитков и обеспечении безопасности пищевых продуктов».
«Эти результаты также вдохновили нас на применение нанопор для оценки сладости вина и количественного измерения добавок», — добавили они.
Например, первые демонстрации показали, что устройство может легко определить внешнее добавление сахарозы и D-винной кислоты. Хотя на данный момент его база данных сравнительно ограничена, исследователи считают, что расширение спектра возможностей устройства — это лишь вопрос времени и усилий.
«Это может обеспечить количественный стандарт для продукта, а также легко выявлять поддельные алкогольные напитки», — сказал Шуо Хуан, соавтор исследования, в интервью New Scientist 17 декабря. Хуан добавил, что портативное и простое в использовании устройство может в конечном итоге помочь спасать жизни, выявляя вредные или смертельные добавки, в том числе метанол.