Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Nieuwe eiwit-nano-switch-methode belooft een snelle en betrouwbare ontwikkeling van diagnostische tests

JA allosterische poortschakelaar gebaseerd op TEM-1 BLA. een Schematische weergave van BLA die β-lactam-splitsing bemiddelt. b Schematische weergave van CaM-BLA-chimeer in de afwezigheid en aanwezigheid van CaM-BP, dat een conformationele verandering induceert en de katalytische activiteit van de chimeer herstelt. c Lintweergave van TEM-1 BLA waarbij CaM-invoegplaatsen worden aangegeven als ruimtevullende ballen. De grootte van de ballen correleert met het dynamische bereik van de resulterende hersenschim (kleine ballen vertegenwoordigen een laag dynamisch bereik), terwijl de kleurcodering de maximale katalytische activiteit weerspiegelt (blauw is de laagste en rood de hoogste). De actieve plaats wordt gemarkeerd door een boorzuurremmer (uit PDB nr. 1ERQ). d Activiteitsanalyse van 50 nM CaM-BLA 41-chimeer in de aanwezigheid (rode lijn) of de afwezigheid (blauwe lijn) van een verzadigende concentratie (1 μM) CaM-BP. e , Zoals in d , maar met behulp van de CaM-BLA 197-chimeer. f Schematische weergave van een dubbele CaM-BLA-chimeer in de afwezigheid en aanwezigheid van CaM-BP. g , Activiteitsanalyse van CaM-BLA 41 of 197 chimeer, getest zoals in d of e . h Een grafiek van katalytische activiteiten en dynamische bereiken van CaM-BLA-chimeren uitgevoerd met behulp van 25 nM gezuiverde chimeer en 1 μM CaM-BP. De '2CaM-BLA(mut)' vertegenwoordigt een thermogestabiliseerde variant (aanvullende figuur 3f – k). De varianten zijn blauw tot rood gekleurd om een ​​toename van het dynamisch bereik aan te duiden. ik , Dichtheden van E. coli waarbij een 2CaM-BLA-schakelaar tot expressie wordt gebracht die een nacht is gekweekt in Luria-Bertani-bouillonmedium-suspensiecultuur met 100 μg ml –1 ampicilline en combinaties van de volgende verbindingen:0,1% (v/v) dimethylsulfoxide (DMSO), 1 μM CaM-BP, 12,5 mM CaCl2 en 10 mM ethyleendiaminetetra-azijnzuur (EDTA). De balken vertegenwoordigen waarden van een gemiddelde van drie onafhankelijke experimenten die zijn uitgevoerd als onderdeel van dezelfde experimentele set. De afzonderlijke gegevenspunten worden weergegeven als rode stippen. De foutbalken geven positieve en negatieve grenzen aan van de standaardfout van het gemiddelde. Credit:Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01450-y

QUT-onderzoekers hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld voor het ontwerpen van moleculaire AAN-UIT-schakelaars op basis van eiwitten die kunnen worden gebruikt in een groot aantal biotechnologische, biomedische en bio-engineeringtoepassingen.



Het onderzoeksteam heeft aangetoond dat deze nieuwe aanpak hen in staat stelt snellere en nauwkeurigere diagnostische tests te ontwerpen en te bouwen voor het opsporen van ziekten, het monitoren van de waterkwaliteit en het opsporen van milieuverontreinigende stoffen.

Professor Kirill Alexandrov, van de QUT School of Biology and Environmental Science, hoofdwetenschapper van de CSIRO-QUT Synthetic Biology Alliance en onderzoeker bij het ARC Center of Excellence in Synthetic Biology, zei dat de nieuwe techniek is gepubliceerd in Nature Nanotechnology hebben aangetoond dat eiwitschakelaars op een voorspelbare manier kunnen worden gemanipuleerd.

Professor Alexandrov zei dat de momenteel beschikbare ‘point-of-care’-diagnostische tests die onmiddellijke resultaten opleverden, zoals bloedglucose-, zwangerschaps- en COVID-testkits, eiwitdetectiesystemen gebruikten om de aanwezigheid van suiker, zwangerschapshormonen en COVID-eiwitten te detecteren. P>

"Deze vertegenwoordigen echter slechts een klein deel van wat nodig is in een patiëntgericht gezondheidszorgmodel", aldus professor Alexandrov.

"Het ontwikkelen van nieuwe sensorsystemen is echter een uitdagend en tijdrovend proces van vallen en opstaan."

"De nieuwe 'proteïne nano-switch'-methode kan de ontwikkeling van vergelijkbare diagnostiek enorm versnellen door de tijd te verkorten en het succespercentage te vergroten. Het maakt gebruik van eiwitten die zijn aangepast om zich te gedragen als AAN/UIT-schakelaars in reactie op specifieke doelen."

"Het voordeel van onze aanpak is dat het systeem modulair is, vergelijkbaar met bouwen met Legoblokjes, zodat je onderdelen gemakkelijk kunt vervangen om iets anders aan te pakken, bijvoorbeeld een ander medicijn of een medische biomarker."

Professor Alexandrov zei dat de methode de mogelijkheid bood om veel verschillende diagnostische en analytische tests te bouwen, met een breed scala aan mogelijke toepassingen, waaronder diagnostiek in de gezondheid van mens en dier, testkits voor waterverontreiniging en het detecteren van zeldzame aardmetalen in monsters om mijnbouwinspanningen te sturen.

Het multidisciplinaire onderzoeksteam bestond uit wetenschappers van QUT en het ARC Center of Excellence in Synthetic Biology, bestaande uit hoofdonderzoeker professor Kirill Alexandrov, Dr. Zhong Guo, Cagla Ergun Ayva, Patricia Walden en adjunct-professor Claudia Vickers.

Het QUT-team werkte samen met vooraanstaande elektrochemici Evgeny Katz en Oleh Smutok van de Clarkson University in New York, en chemisch patholoog Dr. Jacobus Ungerer van Queensland Health.

Om de technologie te demonstreren, concentreerde het team zich op een medicijn voor chemotherapie tegen kanker dat giftig is en voortdurend moet worden gemeten om het welzijn van de patiënt te garanderen.

"Te weinig van het medicijn zal de kanker niet doden, maar te veel kan de patiënt doden", zei professor Alexandrov.

De sensor die het team voor het medicijn heeft ontworpen, gebruikt een kleurverandering om het medicijn te identificeren en kwantificeren.

Professor Alexandrov zei dat de volgende stap het testen van de sensor in de laboratoria van Queensland Health was voor goedkeuring voor gebruik in een klinische omgeving.

"Het is echt spannend, omdat het de eerste keer is dat een kunstmatig ontworpen eiwitbiosensor daadwerkelijk geschikt kan zijn voor een diagnostische toepassing in de praktijk", aldus professor Alexandrov.

Dr. Ungerer zei dat de door het onderzoeksteam ontwikkelde eiwittechnologie een nieuwe manier bood om laboratoriumtests te maken.

"Dit heeft het potentieel om laboratoriumtests te verbeteren en uit te breiden, wat zal resulteren in aanzienlijke gezondheids- en economische voordelen", aldus Dr. Ungerer.

Dr. Guo zei dat deze vooruitgang mogelijk werd gemaakt door een internationaal en interdisciplinair team en uitstekend teamwerk.

Professor Alexandrov zei dat de volgende stap was om deze aanpak te volgen en deze te standaardiseren en op te schalen, om vervolgens te beginnen met het bouwen van meer geavanceerde subsystemen. Hij zei dat er twee toekomstige richtingen zijn voor het werk.

"Een daarvan is het ontwikkelen van computermodellen waarmee we de schakelaars nog sneller en nauwkeuriger kunnen ontwerpen en bouwen", zei hij.

"De andere is om de schaal en het potentieel van de technologie te demonstreren door veel schakelaars te bouwen voor verschillende diagnostische toepassingen."

Professor Alexandrov zei dat het team momenteel bestaande eiwitten aan het modificeren is, maar dat ze in de toekomst dezelfde principes kunnen gebruiken om componenten te ontwikkelen die nog niet bestonden en helemaal opnieuw ontworpen zouden worden.

"De nieuwe techniek biedt wetenschappers ongekende controle over de constructie van op eiwitten gebaseerde detectiesystemen", zei hij.

Het artikel 'Development of epistatic YES and Protein Logic Gates and their assembly into signaling cascades' is gepubliceerd in Nature Nanotechnology .

Meer informatie: Guo, Z. et al. Ontwikkeling van epistatische JA- en EN-eiwitlogische poorten en hun assemblage tot signaalcascades, Natuurnanotechnologie (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01450-y. www.nature.com/articles/s41565-023-01450-y

Journaalinformatie: Natuurnanotechnologie

Aangeboden door de Queensland University of Technology




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat is een chromosoom?
  2. Ja,
  3. DNA is digitaal geworden - wat kan er mis gaan?
  4. Hoe Royal Jelly wordt geoogst?
  5. Onderzoekers:We hielpen boeren net zo gemakkelijk toegang te krijgen tot toekomstige klimaatprojecties als het controleren van het weer
  6. Maak kennis met de oudste dierlijke afstamming van Madagascar, een draaimolenkever met een 206 miljoen jaar oude oorsprong
  7. Onderzoek van moleculaire componenten die verantwoordelijk zijn voor het genereren van de actiepotentiaal in de Flytrap van Venus
  8. Cytoplasma: definitie, structuur en functie (met diagram)
  9. Waarom is UV-licht schadelijk?

Wetenschap