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Günstiger, schneller "Papierstreifen" -Test für Ebola, andere Infektionen, tritt näher

Forscher, die auf dem Gebiet der synthetischen Biologie arbeiten, bringen Wissenschaft, Technik und Computer zusammen, um die Funktionsweise des biologischen Lebens auf neue Weise zu verstehen und zu kopieren, um bemerkenswerte Durchbrüche zu erzielen. Zwei Studien veröffentlicht in Zelle zeigen, wie Fortschritte auf diesem Gebiet eines Tages zu einer kostengünstigen und zuverlässigen Diagnostik für Krankheiten wie Ebola führen könnten - Tests, die schnell im Feld durchgeführt werden konnten, indem nur Bluttropfen oder Speichel auf Papierstreifen mit synthetischen biologischen Schaltkreisen verwendet wurden.
Zwei neue Studien zeigen, wie Fortschritte in den Bereichen Technik und Computer zu einer kostengünstigen Diagnose führen können, die im Bereich von Krankheiten wie Ebola schnell durchgeführt werden kann.

In der ersten Studie beschreiben die Wissenschaftler vom Wyss-Institut für Biologisch inspiriertes Ingenieurwesen der Universität Harvard, Boston, Massachusetts, wie sie die Labortestfähigkeit auf Taschenformatpapiere bringen, indem sie sie in synthetische Gen-Netzwerke einbetten. Sie erklären auch, wie sie verschiedene Diagnosen erstellt haben, "einschließlich Glukosesensoren und stammspezifische Ebola-Virus-Sensoren".

Bis vor kurzem wurde der Fortschritt in der synthetischen Biologie behindert, da Wissenschaftler nur in der Lage waren, synthetische Mechanismen in lebenden Zellen zu entwickeln.

Die Studie beschreibt jedoch, wie das Wyss-Team einen großen Sprung machte, indem es ein System entwickelte, in dem synthetische Versionen von biologischen Mechanismen außerhalb von Zellen entworfen werden können.

Synthetische Biologiewerkzeuge auf Papierbasis können gefriergetrocknet und gelagert werden

Dr. Keith Pardee, Hauptautor des ersten Papier- und Stabswissenschaftlers bei Wyss, erklärt:

"Wir haben die genetische Maschinerie der Zellen genutzt und sie in die Fasermatrix des Papiers eingebettet, die dann zur Lagerung und zum Transport gefriergetrocknet werden kann. Wir können jetzt die synthetische Biologie aus dem Labor nehmen und sie überall verwenden, um unsere Gesundheit besser zu verstehen und die Umwelt."

Dr. Pardee und seine Kollegen haben eine Reihe von papierbasierten Diagnostika und Biosensoren entwickelt. Diese beinhalten Proteine, die fluoreszieren und ihre Farbe ändern, um zu zeigen, dass sie funktionieren.

Einmal gefriergetrocknet, können die Werkzeuge auf Papierbasis bis zu einem Jahr gelagert werden; Sie werden durch Zugabe von Wasser aktiviert.

Die Werkzeuge können auch im Labor verwendet werden, um Zeit und Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, die lebende Zellen und Gewebe verwenden, zu sparen.

"Wo es normalerweise zwei oder drei Tage dauert, um ein Werkzeug in einer lebenden Zelle zu validieren, kann dies mit einer papierbasierten Plattform auf synthetischer Biologie in nur 90 Minuten erledigt werden", sagt Dr. Pardee.

In seiner Studie beschreiben er und seine Kollegen, wie sie eine Reihe von Werkzeugen für die synthetische Biologie auf Papierbasis getestet haben. Sie aktivierten genetische Schalter, entwarfen und erzeugten schnell komplexe Genkreise und programmierten Diagnosen, die auf antibiotikaresistente Bakterien und stammspezifische Ebolaviren testen konnten.

'Toehold-Schalter' zum Erstellen eines Ebola-Sensors

Das Wyss-Team entwickelte den Ebola-Sensor mit Hilfe eines "Toehold Switch", einem neuen System zur Kontrolle der Genexpression, das sehr flexibel und hoch programmierbar ist. Dies ist das Thema der zweiten Studie.

Der Toehold-Schalter wurde ursprünglich entwickelt, um in lebenden Zellen zu arbeiten, aber das Team schaffte es, seine Funktion auf die gefriergetrocknete Papiermethode zu übertragen.

Der Toehold-Schalter kann so programmiert werden, dass er die Produktion eines spezifischen Proteins einschaltet, nachdem er eine RNA-Signatur praktisch jeder Art präzise detektiert hat. RNA-Signaturen sind Sequenzen genetischen Codes, die zur Identifizierung einer breiten Palette von Infektionserregern, einschließlich Bakterien, Viren, Hefen und Parasiten, verwendet werden können.

Das Team sagt, dass es auch möglich ist, mehrere Toehold-Schalter miteinander zu verbinden, wodurch eine komplexe Schaltung entsteht, die so programmiert werden kann, dass sie eine Reihe von Schritten ausführt, wie beispielsweise die Erkennung eines Krankheitserregers und die anschließende Verabreichung einer geeigneten Therapie.

Das Video unten erklärt, wie der Toehold-Schalter funktioniert:

Peng Yin, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Systembiologie an der Harvard Medical School und Mitglied der Wyss Core Faculty, ist leitender Autor der zweiten Arbeit. Er erklärt, dass konventionelle synthetische Biologie nur existierende biologische Teile nimmt und sie neu verdrahtet, um einen neuen Zweck zu erreichen. Dies erschwert jedoch Genauigkeit und Funktionalität.

Auf der anderen Seite, während die Toehold-Schalter von der Natur inspiriert ist, ist es völlig neu von Grund auf neu gestaltet, fügt er hinzu, dass die Studie beschreibt, wie sie ein Gerät produziert, das ist ein wirklich "synthetischer" Gen-Regler mit 40-fach bessere Fähigkeit zur Kontrolle der Genexpression als herkömmliche Regulatoren. "

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