Biologinis įrankis greitai aptinka koronaviruso variantus

Biologinis įrankis greitai aptinka koronaviruso variantus

Ligos, sindromai

Kornelio tyrėjai sukūrė bioelektrinį prietaisą, kuris gali aptikti ir klasifikuoti naujus koronaviruso variantus ir galimai kitus virusus, tokius kaip tymai ir gripas, kad nustatytų tuos, kurie yra kenksmingiausi.

Jutimo įrankis naudoja ląstelės membraną, dar vadinamą biomembrana, mikroschemoje, kuri atkuria ląstelių aplinką ir biologinius infekcijos etapus. Tai leidžia tyrėjams greitai apibūdinti susirūpinimą keliančius variantus ir išanalizuoti mechaniką, skatinančią ligos plitimą, neįklimpstant į gyvų sistemų sudėtingumą.

Grupės darbas „Biologinių virusinės infekcijos žingsnių atkūrimas bioelektroninėje platformoje be ląstelių, siekiant nustatyti susirūpinimą keliančius virusinius variantus“ buvo paskelbtas liepos 3 d. Gamtos komunikacijos. Pagrindiniai autoriai yra doktorantūros mokslininkai Zhongmou Chao ir Jekaterina Selivanovitch.

„Naujienose matome, kad šie susirūpinimą keliantys variantai periodiškai atsiranda, pavyzdžiui, delta, omikronas ir pan., ir tai tarsi išgąsdina visus. Pirmosios mintys yra:” Ar mano vakcina apima šį naują variantą? Kiek turėčiau susirūpinti? “, – sakė Susan Daniel, Fredo H. Rhodeso profesorius Roberto Fredericko Smitho chemijos ir biomolekulinės inžinerijos mokykloje Kornelio inžinerijoje ir vyresnioji straipsnio autorė. „Prireiks šiek tiek laiko nustatyti, ar variantas tikrai kelia susirūpinimą, ar jis tiesiog išnyks.

Danielio grupė platformą sukūrė kartu su Kembridžo universiteto komanda, vadovaujama profesoriaus Róisín Owens. Danielis ir Owensas pirmą kartą bendradarbiavo beveik prieš dešimtmetį, siekdami uždėti biomembraninius pleistrus ant elektroninių prietaisų, kad būtų galima atlikti toksikologinius matavimus – tai naujosios platformos pirmtakas.

Nors ant mikroschemų buvo įdėta daug biologinių elementų – nuo ​​ląstelių iki organelių ir į organus panašių struktūrų, naujoji platforma skiriasi nuo tų prietaisų, nes ji iš tikrųjų apibendrina biologinius signalus ir procesus, kurie sukelia infekciją ląstelių membranoje. viena ląstelė. Tiesą sakant, jis apgauna variantą ir elgiasi taip, tarsi jis būtų tikroje savo potencialaus šeimininko ląstelių sistemoje.

Virusų tyrimas ląstelių sistemose yra eksponentiškai sunkus. Ne tai, kad biomembranos platformos projektavimas buvo paprastas.

„Norėdami atkurti sudėtingą infekcijos procesą už ląstelės ribų, turite žinoti, kokie yra esminiai biologiniai elementai ir ženklai“, – sakė Danielis. „Jūs taip pat turite žinoti, kaip pagaminti šiuos mikroelektrodus ir uždėti ant jų mažyčius membraninius pleistrus. Gana sudėtinga juos teisingai uždėti ant to mažo mikroelektrodo pleitro. Tai gali būti, tiesą sakant, sunkiausia dalis. “

Tyrėjai dirbo su Cornell Nanoscale Facility, kad pagamintų mikroelektrodų matricas, kurios primena mažyčius aukso raštais išmargintus vorus, o kiekvienas elektrodo padas buvo padengtas ląstelių membrana. Ant mikroelektrodo uždedamas membranos mėginys iš, tarkime, plaučių ląstelės, tada pridedamas virusas. Jei virusas aptiks norimą receptorių tame pleistre, jis prisijungs. Biosensorius matuoja, kaip keičiasi elektrinė varža, kai variantas sąveikauja su membranos šeimininko sluoksniu ir bando pernešti savo genomą per ląstelės-šeimininkės membraną, kad galėtų išleisti nurodymus kitoje pusėje.

„Gali būti ryšys tarp to, kaip gerai variantas gali pernešti savo genomą per biomembranos sluoksnį ir kaip šis variantas gali būti susijęs su jo gebėjimu užkrėsti žmones“, – sakė Danielis.

„Jei ji sugeba labai efektyviai išlaisvinti savo genomą, galbūt tai yra rodiklis, kad susirūpinimą keliantis variantas turėtų būti kažkas, ką turėtume atidžiai stebėti arba sukurti naują vakciną, kurioje ji būtų įtraukta. Jei ji nelabai gerai išskiria, tai galbūt tas variantas susirūpinimas yra kažkas mažiau nerimą keliančio.

„Svarbiausia yra tai, kad turime greitai klasifikuoti šiuos variantus, kad galėtume priimti pagrįstus sprendimus, o tai galime padaryti labai greitai naudodami savo įrenginius. Šie tyrimai užtrunka keletą minučių, o jie yra „be etikečių”, o tai reiškia, kad jūs to nedarote. iš tikrųjų turi pažymėti virusą, kad galėtų stebėti jo progresą.

Kadangi mokslininkai sugeba tiksliai atkurti biologines sąlygas ir signalus, kurie suaktyvina virusą, jie taip pat gali pakeisti tuos ženklus ir pamatyti, kaip virusas reaguoja.

„Kalbant apie pagrindinį mokslą apie tai, kaip infekcija atsiranda ir kokie ženklai gali padėti ar sutrukdyti, tai yra unikali priemonė“, – sakė Danielis. „Kadangi galite atsieti daugelį reakcijos sekos aspektų ir nustatyti, kokie veiksniai skatina arba trukdo infekcijai.”

Platforma gali būti pritaikyta kitiems virusams, tokiems kaip gripas ir tymai, jei mokslininkai žino, kokio tipo ląstelė yra linkusi užsikrėsti, taip pat kokios biologinės ypatybės leidžia klestėti konkrečiai infekcijai. Pavyzdžiui, gripui reikalingas pH sumažėjimas, kad suaktyvintų hemagliutininą, o koronavirusas turi fermentą, kuris aktyvuoja jo smaigalio baltymą.

„Kiekvienas virusas turi savo veiksmų būdą. Ir jūs turite žinoti, kokie jie yra, kad tą infekcijos procesą atkartotų mikroschemoje”, – sakė Danielis. „Tačiau kai juos pažinsite, galėsite sukurti platformą, kad atitiktų bet kurią iš šių konkrečių sąlygų.”

Tarp bendraautorių yra doktorantė Ambika Pachaury; ir Konstantinos Kallitsis bei Zixuan Lu iš Kembridžo universiteto.