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科学家研发用于无细胞合成生物学的电子化学平

(文章滥觞:联袂康健网)

多伦多大年夜学(University of Toronto)和亚利桑那州立大年夜学(ASU)的科学家经由过程将无细胞合成生物学与最新的纳米布局电极相结合,开拓了第一个直接基因电路与电极的接口。钻研结果本日颁发在《自然化学》上。经久以来,合成生物学家受到电子领域的观点及其电路和逻辑门的启迪,试图对生物系统进行从新编程,以实现用于医疗,情况和制药利用的人造功能。这项新事情将合成生物学领域推向了可以使用各学科上风的生物杂交系统。

“这是基因电路直接与电极耦合的第一个例子,并且是将生物信息转换为电子旌旗灯号的令人愉快的对象,” T's Leslie大年夜学药物科学系助理教授Keith Pardee说。丹药学院。创建新系统的跨学科事情搜集了来自Pardee实验室(美国德克萨斯大年夜学)的无细胞合成生物学,来自Kelley实验室(美国德克萨斯大年夜学)的电化学以及来自绿色实验室(ASU)的传感器设计方面的专业常识。

帕迪(Pardee)的钻研小组专门钻研可在实验室外安然应用的无细胞诊断技巧,并在2016年与相助者宣布了一种应用纸质快速,便携式和低资源检测寨卡病毒的平台,引起了广泛关注。基于合成的基因收集。将检测Zika病毒的能力带到诊所之外并满意必如果迈出的关键一步,但该措施依附于老例的光旌旗灯号通报-颜色变更注解已检测到该病毒。这就给在像巴西这样的国家中的实际实施提出了寻衅,在这些国家中,具有相似症状的病毒必要卫生保健供给者筛选几种不合的病原体,以便精确地确定患者感染的缘故原由。

这凸起了对便携式系统的需求,该系统可以在同一诊断测试中容纳多个传感器,这种能力称为多路复用。寻衅在于采纳基于颜色的信令进行多路复用是不切实际的。“一旦得到了跨越三种颜色的旌旗灯号,就会耗尽带宽,无法进行明确的检测。进入电化学领域将为我们供给更大年夜的带宽来进行申报和发出旌旗灯号。我们现在已经证实,独特的电化学旌旗灯号可以并交运行而不会孕育发生串扰,这是一种更有盼望的扩大年夜规模的措施,”帕迪说。

新的生物杂交系统应用了16微升液体中所含的非光学申报酶,这些酶与擅长一英寸长的小芯片上的微图案电极分外配对。在该芯片内,基于基因电路的传感器监视特定核酸序列的存在,这些核酸序列在激活后会触发一组申报酶的孕育发生。然后,这些酶与申报DNA序列发生反映,从而引起电极传感器芯片上的电化学反映。

作为观点的证实,钻研小组将这种新措施用于检测近来在举世牲口中发明的大年夜肠菌素抗生素抗性基因,这对应用抗生素作为感染的着末治疗手段构成了严重要挟。检测到四个自力的抗性基因,证清楚明了该系统能够有效地自力和组合剖断和申报每个基因的能力。对付合成生物学家来说,这种新措施代表了潜在的技巧飞跃。传统的合成生物学要求将逻辑谋略编码到基因电路的DNA中。这可能是困难的事情,必要数月以致数年才能构建繁杂的电路。

“使这种组合措施如斯强大年夜的缘故原由在于,只需在软件级别而不是在DNA级别简单地改动代码,就可以随意从新编程基因电路传感器输出的根基连接性。费时”,该大年夜学的莱斯利丹丹大年夜学药学院药物科学系大年夜学教授Shana Kelley说,他的钻研小组专门钻研高灵敏度的电化学传感器。她说,将基于生物学的传感技巧与基于电子的逻辑,影象和相应元素结合在一路,具有改变医学,生物技巧,学术钻研,食物安然和其他实际利用的潜力。

亚利桑那州立大年夜门生物设计钻研所的助理教授亚历山大年夜·格林说:“这种新系统使我们能够同时检测许多不合的旌旗灯号,这对付诊断和监视系统至关紧张。” “电子输出意味着将来可以很轻易地将诸如智妙手机和散播式传感阵列之类的接口技巧直接带到患者床边。”

在多伦多,Pardee和他的钻研小组很痛快看到合成生物学领域的其他人将采纳该系统。“我们实质上已经创建了一套新的对象,并为旌旗灯号通报开辟了新的场所。合成生物学的利用在申报阶段受到限定,这是一个伟大年夜的寻衅。经由过程这种新的组合措施,我们觉得我们可以真正地加速领域及其改良生活的能力。”

(责任编辑:fqj)

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