Эти внутренности включают плазмиды, которые представляют собой петли ДНК. Это не одни и те же нити ДНК, лежащие в основе воспроизводства и построения клеток, но вместо этого они функционируют как нано-органы с генетическими программами, которые обычно управляют процессами в бактериальных клетках. В исследовании, проведенном Технологическим институтом Джорджии, исследователи разработали свои собственные плазмиды, чтобы управлять другими частями, извлеченными из бактерий, чтобы анализ крови работал.
Новая технология продемонстрировала высокий потенциал в качестве основы для недорогого и простого теста на недоедание для использования в полевых условиях, который может быть расширен за счет включения многих жизненно важных питательных веществ и других показателей здоровья.
Новый экспериментальный тест лиофилизирован до порошка, который хранится при повседневных температурах, может быть прочитан в полевых условиях и может подходить для точного анализа с помощью соответствующего приложения для смартфона. Он может преодолеть клинические и логистические трудности, связанные с другими испытаниями, включая транспортировку рефрижератором в поле или обратно в лабораторию, а также потерянное время.
Тест не только определяет цинк, но и определяет его клинически значимые уровни, что необходимо для выявления недоедания и является одним из основных нововведений нового теста.
Агентства по оказанию помощи могут использовать полевую версию теста, чтобы получить немедленную информацию, чтобы быстро повлиять на политические решения по вмешательствам в области питания.
Скрытый голод
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, два миллиарда человек во всем мире страдают от дефицита питательных микроэлементов, который уносит миллионы жизней каждый год.
Согласно исследованию, опубликованному в Европейском журнале клинического питания, в 2009 году только дефицит цинка стал причиной более 450 000 смертей.
Но обнаружить недоедание сложно.
«Сегодня в развивающихся странах многие люди получают достаточно калорий, но теряют много питательных веществ.
Вы можете посмотреть на кого-то и сказать, получают ли они достаточно калорий, но не получают ли они достаточное количество важных для развития питательных веществ », – сказал Марк Стычински, который руководил исследованием и является доцентом Школы химических и биомолекулярных технологий Технологического института Джорджии. Инженерное дело.
«Наибольшее воздействие оказывают на беременных матерей и детей в возрасте до 5 лет, когда у них самая высокая смертность», – сказал он.
Исследовательская группа, в которую вошли сотрудники из Северо-Западного университета, опубликовала свое исследование в журнале Science Advances 25 сентября 2019 г. Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения, Национальным научным фондом, Исследовательской лабораторией ВВС, Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, Фондом Дэвида и Люсиль Паккард и программой преподавателей и ученых Камиллы Дрейфус.
Маленький значит огромный
Разработке с бактериальными внутренностями не менее 25 лет, и в последнее десятилетие исследования ускорились. Но этот новый тест показывает небольшие молекулы, такие как цинк или йод, – еще одно большое нововведение.
Количественное определение ионов цинка в этом конкретном исследовании было доказательством концепции планов по измерению многих малых молекул, имеющих отношение к полевым испытаниям. Исследователи могут быстро расширить тест, чтобы оценить уровни шести жизненно важных низкомолекулярных питательных веществ, микроэлементов, которые имеют большое значение для полевых исследований в области питания.
«Возможно, мы сможем достаточно быстро провести новые тесты на железо, B12, фолиевую кислоту, йод и витамин A», – сказал Стычински. «Мы также можем количественно определить более крупные молекулы, такие как ДНК и белки, чтобы понять, насколько серьезна вирусная вспышка."
"Очень важно выявить наличие или отсутствие таких заболеваний, как лихорадка Эбола или беременность. Но не хватало возможности сказать, сколько чего-то у вас есть, например питательного вещества или вируса, без необходимости возить оборудование через поле. Возможность сделать это может открыть много дверей в диагностике и лечении », – сказал Стычинский.
Бактерии, лишающие кишечника
Простота использования экспериментального теста на цинк резко контрастирует с трудностями, необходимыми для его разработки. Исследователи начали использовать живые бактерии, которые меняли цвет в ответ на цинк, но этот подход натолкнулся на препятствия.
«Тест длился слишком долго, и объем крови и бактерий, которые нам понадобились, был неясным», – сказал Стычинский. "Итак, мы отказались от сотовых.
Вы берете бактерии и удаляете внешнюю часть и геном – основную ДНК – и у вас остается эта богатая смесь сильно реактивных частей, к которым вы можете добавить свою собственную генетическую программу на плазмидах."
Бесклеточные подходы позволяют дозировать внутреннюю часть бактерий, как соединения в химической реакции, что делает тест предсказуемым, надежным и подходящим для стандартизации. Исследователи создали две плазмиды для управления процессами испытаний.
"У одного гены взяты из E. coli для фермента, который расщепляет большой сахар на более мелкие.
Другой контролирует, какая часть гена-регулятора включается в ответ на уровень цинка », – сказал Стычинский.
Становится фиолетовым
В тесте используется сигнальная молекула, которая частично представляет собой большой сахар и вначале имеет желтый цвет, но как только плазмида вырабатывает фермент, расщепляющий сахар, молекула становится фиолетовой. Уровни цинка регулируют количество вырабатываемого фермента – больше цинка означает больше фермента и больше пурпурного цвета. Если тест остается желтым, цинк опасно низкий.
При тестировании в сыворотке я.е. кровь, ее богатая биология затрудняет реакцию, и в реальном мире этот беспорядок отличается от человека к человеку и искажает цветовые схемы от пациента к пациенту.
Исследователи решили эту проблему с помощью химического трюка, чтобы создать систему калибровки, работающую с таким перекосом. Для настоящего теста цинк регулировал, как плазмиды изменяют цвет, но первый автор исследования, Моника МакНерни, перевернула вещи для калибратора.
Чтобы сделать ориентиры, она довела до максимума уровни цинка и изменила уровни плазмид точка за точкой, в результате чего получилась шкала цветов.
И тест, и точки калибровки с измененными плазмидами получили сыворотку для тестирования, и беспорядок сместил тестовые и калибровочные точки одинаковым образом.
Измененный цвет теста можно точно сравнить с цветами точек калибровки, чтобы определить уровни цинка.
Цвета находятся в видимом диапазоне, не флуоресцентны, поэтому для их чтения не требуется устройство.
Скорость изменения цвета может дать более подробную информацию об уровнях питательных веществ, возможно, с помощью анализа видео, снятого смартфоном во время теста.