Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Биологический инструмент быстро обнаруживает опасные варианты коронавируса

Биологический инструмент быстро обнаруживает опасные варианты коронавируса
Биологический инструмент быстро обнаруживает опасные варианты коронавируса

Исследователи из Корнелла разработали биоэлектрическое устройство, которое может обнаруживать и классифицировать новые варианты коронавируса и, возможно, другие вирусы, такие как корь и грипп, для выявления наиболее опасных из них.

Сенсорный инструмент использует клеточную мембрану, также известную как биомембрана, на микрочипе, который воссоздает клеточную среду для — и биологические этапы — инфекции. Это позволяет исследователям быстро характеризовать варианты, вызывающие беспокойство, и анализировать механизмы, которые способствуют распространению болезни, не увязая в сложности живых систем.

Статья группы «Воссоздание биологических этапов вирусной инфекции на бесклеточной биоэлектронной платформе для профилирования вирусных вариантов, вызывающих беспокойство» была опубликована 3 июля в Nature Communications . Соавторами являются постдокторанты Чжунмоу Чао и Екатерина Селиванович.

«В новостях мы видим, как периодически появляются эти варианты, вызывающие беспокойство, такие как дельта, омикрон и так далее, и это как бы пугает всех. Первые мысли: «Моя вакцина покрывает этот новый вариант? Насколько мне следует беспокоиться?» — сказала Сьюзан Дэниел, профессор Фреда Х. Родса в Школе химической и биомолекулярной инженерии Роберта Фредерика Смита в Корнеллском инженерном университете и старший автор статьи. «Требуется некоторое время, чтобы определить, является ли вариант действительно причиной для беспокойства или он просто исчезнет».

Группа Дэниела разработала платформу совместно с командой из Кембриджского университета под руководством профессора Ройсин Оуэнс. Дэниел и Оуэнс впервые сотрудничали почти десять лет назад в попытке разместить биомембранные заплатки на электронных устройствах в качестве способа проведения токсикологических измерений — предшественника новой платформы.

Хотя на микрочипах было размещено множество биологических элементов, от клеток до органелл и органоподобных структур, новая платформа отличается от этих устройств, поскольку она фактически воспроизводит биологические сигналы и процессы, которые приводят к инициированию инфекции на клеточной мембране отдельной клетки. По сути, она обманывает вариант, заставляя его вести себя так, как будто он находится в реальной клеточной системе своего потенциального хозяина.

Изучение вирусов в клеточных системах экспоненциально сложно. Не то чтобы проектирование биомембранной платформы было простым.

«Чтобы воссоздать сложный процесс заражения вне клетки, нужно знать основные биологические элементы и сигналы», — сказал Дэниел. «Также нужно знать, как изготавливать эти микроэлектроды и накладывать на них эти крошечные мембранные накладки. Довольно сложно заставить их лечь на эту маленькую микроэлектродную накладку именно так, как надо. Это, пожалуй, самая сложная часть, честно говоря».

Исследователи работали с Cornell Nanoscale Facility для изготовления микроэлектродных матриц, которые напоминают крошечных паучков с золотым узором, и каждая электродная площадка была покрыта клеточной мембраной. Образец мембраны, скажем, из клетки легкого, помещается на микроэлектрод, а затем добавляется вирус . Если вирус обнаруживает нужный рецептор на этом участке, он связывается. Биосенсор измеряет, как изменяется электрическое сопротивление, когда вариант взаимодействует со слоем хозяина мембраны и пытается доставить свой геном через мембрану клетки хозяина , чтобы он мог выпустить свои инструкции на другой стороне.

«Потенциально может существовать корреляция между тем, насколько хорошо тот или иной вариант может доставлять свой геном через слой биомембраны, и тем, насколько этот вариант может быть опасен с точки зрения его способности заражать людей», — сказал Дэниел.

«Если он способен очень эффективно высвобождать свой геном, возможно, это показатель того, что нам следует внимательно следить за вызывающим беспокойство вариантом или разработать новую вакцину, включающую его. Если он не высвобождает его очень хорошо, то, возможно, вызывающий беспокойство вариант является чем-то менее тревожным».

«Главное, что нам нужно быстро классифицировать эти варианты, чтобы мы могли принимать обоснованные решения, и мы можем делать это очень быстро с помощью наших устройств. Эти анализы проводятся за считанные минуты, и они «без меток», то есть вам фактически не нужно помечать вирус, чтобы отслеживать его развитие».

Поскольку исследователи способны точно воссоздать биологические условия и сигналы, активирующие вирус, они также могут изменять эти сигналы и наблюдать, как вирус реагирует.

«С точки зрения понимания базовой науки о том, как происходит заражение и какие сигналы могут помочь или помешать ему, это уникальный инструмент», — сказал Дэниел. «Потому что вы можете разделить многие аспекты последовательности реакций и определить, какие факторы способствуют или препятствуют заражению».

Платформу можно адаптировать для других вирусов, таких как грипп и корь, при условии, что исследователи знают, какой тип клеток имеет склонность к заражению, а также какие биологические особенности позволяют конкретной инфекции процветать. Например, гриппу требуется падение pH, чтобы активировать его гемагглютинин, а у коронавируса есть фермент, который активирует его спайковый белок.

«У каждого вируса свой собственный способ действия. И вам нужно знать, что это такое, чтобы воспроизвести этот процесс заражения на чипе», — сказал Дэниел. «Но как только вы их узнаете, вы сможете построить платформу для удовлетворения любых из этих конкретных условий».

В тренде