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
