哥倫比亞大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種工具，可能徹底改變我們檢測和治療從人類健康到農(nóng)業(yè)再到水的各種病原體的方式。他們只使用普通的家用面包酵母，創(chuàng)造了極低成本，低維護(hù)的現(xiàn)場試紙測試，他們希望能夠幫助監(jiān)測和早期發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致人類主要疾病，農(nóng)業(yè)損害和食物腐敗的真菌病原體。全世界。該研究發(fā)表在6月28日的Science Advances雜志上。

“我們的生物傳感器使我們能夠檢測出每次檢測不到1美分的病原體;它易于使用，生產(chǎn)成本低廉，不需要冷藏設(shè)施，”Principal Investigator和哥倫比亞大學(xué)化學(xué)家弗吉尼亞康沃爾說。“這對農(nóng)業(yè)和健康產(chǎn)生影響，特別是在發(fā)展中國家，它們可能是最需要的。我們對這些可能性感到興奮。”

該項(xiàng)目的開始是尋找一種經(jīng)濟(jì)有效，簡單的方法來檢測霍亂，但很快就發(fā)展到滿足其他需求。

康沃什說：“我們意識到，同一家庭面包師的酵母每天都會使用啤酒釀造啤酒，然后制作面包可以檢測出無數(shù)的目標(biāo)。”“我們現(xiàn)在可以改變面包酵母的DNA，使其具有新的功能，使其適用于各種應(yīng)用。在農(nóng)村社區(qū)使用這種技術(shù)的前景極為誘人，特別引人注目。”

在全球范圍內(nèi)，真菌病原體的公共衛(wèi)生負(fù)擔(dān)日益緊迫，每年造成約200萬人死亡，給植物作物造成破壞性損失，動物野生動物數(shù)量下降。盡管如此，真菌病原體及其引起的疾病往往被忽視，對抗它們的研究資金不足。

“真菌病原體被稱為'隱藏的殺手'，”康沃爾說，并補(bǔ)充說，在資源貧乏地區(qū)，破壞最為明顯，因?yàn)槿狈?jīng)濟(jì)有效的真菌診斷，減少感染的努力受到了阻礙。她解釋說，雖然對全球病原體負(fù)擔(dān)的監(jiān)測主要局限于少數(shù)專業(yè)中心，但可以通過在醫(yī)療點(diǎn)提供便宜的診斷來建立更有效的監(jiān)測。傳統(tǒng)診斷通常依賴昂貴的試劑，冷鏈分配，專業(yè)設(shè)備和技術(shù)人員，所有這些都在很大程度上是現(xiàn)場無法實(shí)現(xiàn)的。

為了解決這個(gè)問題，并且與公共衛(wèi)生專家密切合作，康沃爾和她的學(xué)生團(tuán)隊(duì)用病原體特異性受體蛋白替換了釀酒酵母或面包酵母的天然細(xì)胞表面受體。他們首先建立了一種生物傳感器，用于檢測白色念珠菌，這是一種天然存在于人體腸道中的人類真菌病原體(一種酵母)，但如果人口失控，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的醫(yī)療問題甚至死亡。

在將面包酵母的天然受體替換為白色念珠菌之后，研究人員隨后改變其??DNA以生產(chǎn)番茄紅素，番茄紅素是負(fù)責(zé)番茄紅色的色素。這使得工程酵母在存在靶分子時(shí)變成紅色，在這種情況下是白色念珠菌真菌信息素。

該實(shí)驗(yàn)取得了突破性的成功。當(dāng)暴露于真菌目標(biāo)時(shí)，傳感器變?yōu)榧t色。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種僅使用酵母的功能性，簡單，高度特異的單組分傳感器。

接下來，研究人員成功地測試了他們的檢測能力，檢測了另外十種主要病原體，包括巴西球菌(Paracoccidioides brasiliensis)，一種影響鼻腔，鼻竇和皮膚粘膜的進(jìn)行性熱帶病的真菌，以及導(dǎo)致灰霉病的灰霉病菌(Botrytis cinerea)。全球大量減產(chǎn)。在每種情況下，測試都能準(zhǔn)確地運(yùn)行，而不會犧牲任何其他顯著更昂貴的測試所能達(dá)到的靈敏度和特異性。

通過手動操作分析，該團(tuán)隊(duì)著手使其具有多功能性和用戶友好性，設(shè)計(jì)一步式快速試紙?jiān)?，就像家庭妊娠試?yàn)一樣，可用于復(fù)雜樣品，包括全血，血清，水，尿液和土壤。

康沃什說：“合成生物學(xué)領(lǐng)域的新研究使我們能夠利用活細(xì)胞開發(fā)比過去更加具體和有用的工具。”“我們的化驗(yàn)可以廉價(jià)制造，經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)，作為家庭使用的穩(wěn)定干燥產(chǎn)品廣泛分布，強(qiáng)力應(yīng)用于復(fù)雜樣品，不依賴于冷鏈儲存，并且可以很容易地被眼睛檢測到額外的設(shè)備，使其成為全球病原體監(jiān)測的一個(gè)引人注目且完全可行的工具。這對人類健康，糧食安全，生物恐怖主義和生物多樣性的維護(hù)至關(guān)重要。“

哥倫比亞團(tuán)隊(duì)目前正與全球衛(wèi)生非營利組織和全球研究，技術(shù)，發(fā)展和公民團(tuán)體進(jìn)行對話，以確定特定國家的需求。他們相信他們的傳感器有更多應(yīng)用，包括用于病毒和細(xì)菌檢測，以及霍亂的生物傳感器，霍亂是一種潛在致命的腹瀉病，由攝入食物或被霍亂弧菌污染的水引起，正在研究中協(xié)助非洲監(jiān)督工作。

康沃什說：“我們現(xiàn)在看到的可能性是無限的。”“我們剛剛打開了這項(xiàng)令人興奮的新技術(shù)的大門。這是一個(gè)充滿潛力的旅程的開始。”

康沃爾的學(xué)生研究團(tuán)隊(duì)是Nili Ostrov，Miguel Jimenez和Sonja Billerbeck的共同作者。其他合著者是：James Brisbois和Joseph Matragrano，也是哥倫比亞大學(xué);和哥倫比亞大學(xué)Mailman公共衛(wèi)生學(xué)院的Alastair Ager，以及英國愛丁堡瑪格麗特女王大學(xué)全球健康與發(fā)展研究所。