BÁO CÁO KHOA HỌC: Sử dụng cảm biến sinh học là vi khuẩn phát sáng đã biến đổi gen để khảo sát nhanh hàm lượng asen trong nước ngầm

Ô nhiễm Asen (thạch tín) trong nước uống bắt nguồn từ nước ngầm được phát hiện tại nhiều khu vực trên thế giới, nhất là tại các nước có mật độ dân cư cao như Ấn độ, Băng la đet, Trung quốc và Việt nam. Để nhằm mục tiêu giảm thiểu nhiễm độc Asen cho cộng đồng dân cư thì một trong những bước quan trọng nhất là xác định sự ô nhiễm tại từng giếng càng sớm càng tốt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
BÁO CÁO KHOA HỌC: "Sử dụng cảm biến sinh học là vi khuẩn phát sáng đã biến đổi gen để khảo sát nhanh hàm lượng asen trong nước ngầm" Sử dụng cảm biến sinh học là vi khuẩn phát sáng đã biến đổi gen để khảo sát nhanh hàm lượng asen trong nước ngầm Ô nhiễm Asen (thạch tín) trong nước uống bắt nguồn từ nước ngầm được phát hiện tại nhiều khu vực trên thế giới, nhất là tại các nước có mật độ dân cư cao như Ấn độ, Băng la đet, Trung quốc và Việt nam. Để nhằm mục tiêu giảm thiểu nhiễm độc Asen cho cộng đồng dân cư thì một trong những bước quan trọng nhất là xác định sự ô nhiễm tại từng giếng càng sớm càng tốt. Kỹ thuật mới sử dụng cảm biến sinh học là vi khuẩn để xác định nhanh hàm lượng asen trong nước ngầm có triển vọng hỗ trợ cho các phương pháp phân tích truyền thống do các phương pháp phân tích hiện trường hiện nay có độ chính xác không cao. Trong nghiên cứu này cảm biến vi khuẩn phát sáng Escherichia coli DH 5 (pJAMA8-arsR) đã được thí nghiệm để xác định asen theo qui trình tối ưu. Để tránh sự hấp thụ asen bởi các hydroxit sắt, các mẫu nước ngầm được axit hoá về pH 2 bằng HNO3 (nồng độ cuối cùng là 0,015M). Một lượng tương đương giữa mẫu và vi khuẩn trong môi trường LB được trộn với nhau và được trung hoà lại bằng dung dịch pyrophophat (nồng độ cuối cùng là 5mM). Thử nghiệm với 194 mẫu nước ngầm tại Việt nam cho thấy giới hạn phát hiện của cảm biến sinh học này với các mẫu thực là 7 µg/l. Các phép đo có độ chính xác khá cao trong khoảng nồng độ 10-100µg/l ( với r2=0.9). Kết quả này vượt trội hơn so với các bộ kiểm tra hiện trường thông thường. Sai lệch âm và dương là 8.0% và 2.4% khi dựa trên tiêu chuẩn về hàm lượng asen trong nước ngầm của WHO ( 10µg/l) để xác định mẫu có hay không ô nhiễm asen. Độ chính xác cao của cảm biến sinh học thu được một phần nhờ các phép đo luôn được lặp lại ba lần. Tốc độ thí nghiệm nhanh và độ chính xác cao hứa hẹn sự ứng dụng rộng lớn của cảm biến sinh học vi khuẩn trong sàng lọc sự ô nhiễm asen trên diện rộng. 1. INTRODUCTION Arsenic is polluting the groundwater at many places around the world, like Bangladesh, West Bengal - India, Vietnam, China, or Argentina, etc (Berg, 2001; Chakraborti, 2003 and Smedley 2002). Arsenic pollution is considered as the most serious natural worldwide calamity of the present moment. Around 150 million people in West Bengal and Bangladesh, and over 2 million in China are exposed to unacceptable health risks by consuming arsenic contaminated drinking water. A similar situation may be occurring in Vietnam, where arsenic is suspected to potentially contaminate the tube wells of around 13.5 percent of the Vietnamese population, some 10.5 million persons (Berg, 2001; UNICEF, 2002). Although a coarse picture on the distribution of arsenic exists in the groundwater in these affected areas, there are millions of individual tube wells yet remaining to be measured (Kiniburgh 2002, Chakraborti, 2003). Unfortunately, arsenic is very heterogeneously distributed spatially, and the arsenic contents in two nearby wells with 100 m in distance can be as different as from 10 to higher 300 µg/L (Berg, 2001, 2003; Smedley, 2002). It thus remains absolutely necessary for effective arsenic mitigation campaigns to screen every individual tube well (blanket screening) and determine whether or not the quality of the potable water complies with current arsenic guideline values (for WHO 10 µg As/L, for Bangladesh currently 50 µg As/L). Considering the poor technical facilities in the most exposed countries, arsenic testing for a large number of wells poses an extreme challenge. So far, mostly the chemistry based commercial field test kits named Merck, Hach, Arsenator, ANN, or local imitations have been applied in Bangladesh, India, Vietnam and other countries (Kiniburgh, 2002). Unfortunately, chemical field kits have low precision, reproducibility and accuracy at arsenic concentrations between 10 µg/L and 100 µg/L. For example, among 290 wells tested both by field kits and flow injection hydride generation atomic absorption spectrometry (FI-HG-AAS), take into account the samples with arsenic concentrations in the range of 50-100µg/L as high as 68% of the samples measured by the field kits scored false negative and 35% false positive (Rahman, 2002). Quite a number of bacterial biosensors responsive to different target compounds have been designed in the past decade. Bacterial biosensors are genetically modified bacteria that produce a reporter protein (such as bacterial luciferase) in response to the presence of a target chemical. Luminescent bacterial biosensors for arsenic measurement have been developed recently as potential and promising alternative methodologies (Daunert, 2000; Tauriainen 2000; Petänen, 2002; Van der Meer, 2004). Luminescent bacterial biosensors for arsenite display a lower detection limit of around 4 µg/L As(III) in potable water with standard deviation of around ± 5%, which is more than sufficient to comply with regulatory guidelines (Stocker, 2003). Here a detailed protocol has been developed to measure arsenic concentrations in Vietnamese groundwater pumped from small-scale tube wells. The accuracy of the biosensor used to predict arsenic concentrations at the guideline level of 10 µg /L was determined by comparing with data obtained simultaneously from AAS and AFS for the same samples. Our results provide the first larger scale screening of field samples with a biosensor-based test. 2. EXPERIMENTAL PROCEDURES 2.1. Groundwater sampling 194 groundwater samples from tube wells (family scale) were sampled in villages located at arsenic affected areas of the Red river and Mekong river delta, Vietnam. Groundwater was collected at the tube by hand or electrical pumping. Water was taken after 10 minutes pumping, when the oxygen concentration in the water reached a stable value, which was measured online by using a dissolved oxygen electrode (PX 3000, Mettler-Toledo). 50mL groundwat ...