새로운 간단한 색상 변화 테스트로 물에서 불소를 감지합니다.

[아름이]

새로운 간단한 색상 변화 테스트로 물에서 불소를 감지합니다.
인공 세포 센서를 사용하여 환경 오염 물질을 감지하는 테스트는 처음입니다.
날짜:
2023년 1월 4일
원천:
노스웨스턴 대학교
요약:
불소, 납, 살충제와 같은 환경 오염 물질은 우리 주변과 심지어 우리 안에도 존재합니다. 연구자들은 실험실 환경 내에서 이러한 오염 물질의 농도를 측정할 수 있는 간단한 방법을 가지고 있지만 현장에서 수준을 테스트하기는 훨씬 더 어렵습니다. 고가의 특수 장비가 필요하기 때문입니다.

불소, 납, 살충제와 같은 환경 오염 물질은 우리 주변과 심지어 우리 안에도 존재합니다. 연구자들은 실험실 환경 내에서 이러한 오염 물질의 농도를 측정할 수 있는 간단한 방법을 가지고 있지만 현장에서 수준을 테스트하기는 훨씬 더 어렵습니다. 고가의 특수 장비가 필요하기 때문입니다.

합성 생물학에 대한 최근의 노력은 비용 효율적이고 현장 배치 가능한 방식으로 환경 오염 물질을 감지하고 보고하기 위해 세포 바이오센서를 활용했습니다. 진전이 이루어지고 있는 동안에도 과학자들은 추출된 샘플에 자연적으로 존재하는 물질로부터 센서 구성 요소를 보호하는 방법에 대한 질문에 답하기 위해 고군분투했습니다.

Northwestern 대학의 합성 생물학자로 구성된 학제 간 팀은 실제 샘플에서 다양한 환경 및 생물학적 표적을 감지할 수 있는 센서 플랫폼을 개발하고 있습니다. 불소에 대한 바이오 센서를 구축하기 위해 확립된 리보스위치를 사용하여 팀은 센서를 보호하고 지방막 내부에 센서를 캡슐화하여 세포가 하는 방식과 유사하게 작동할 수 있음을 발견했습니다.

오늘(1월 4일) 사이언스 어드밴스( Science Advances ) 저널에 발표된 새 논문 에서 연구원들은 지질 이중층 막의 구성과 투과성을 수정함으로써 센서의 성능을 추가로 조정하고 제어할 수 있음을 입증했습니다.

Northwestern의 McCormick School of Engineering의 공동 교신 저자이자 화학 및 생물 공학 교수인 Julius Lucks는 "너무 많은 데이터가 생성되고 있으며 많은 데이터가 스마트 시계와 같은 건강 앱에 의해 주도되고 있습니다."라고 말했습니다. "우리는 심장 박동, 온도를 감지할 수 있지만 생각해 보면 화학적 물질을 감지할 방법이 없습니다. 우리는 정보화 시대에 살고 있지만 우리가 가진 정보는 매우 미미합니다. 화학적 감지는 엄청나게 열립니다. 활용할 수 있는 정보의 차원."

Lucks는 화학 및 생물 공학 부서의 부회장이기도 합니다. 그의 연구실은 RNA와 세포에서의 역할을 연구함으로써 환경 변화에 반응하는 분자 시스템에 대한 현장의 이해를 발전시켰습니다. 환경 변화를 감지하기 위해 세포가 RNA를 사용하는 방법; 건강과 지속 가능성을 위해 환경을 모니터링하기 위해 무세포 시스템 내에서 이러한 개념을 어떻게 사용할 수 있는지.

조작된 생체 분자 시스템을 사용하여 살아있는 세포가 아닌 생물학적 기계를 활성화하는 무세포 합성 생물학은 효율적이고 다재다능하며 저렴하기 때문에 매력적입니다. Lucks는 박테리아 세포 추출물을 사용하여 시각적 출력을 저렴하고 몇 분 안에 생성하는 유전자 발현 반응(형광 RNA 또는 오염 물질에 반응하여 켜지는 단백질 포함)을 구동하는 리보스위치 센서를 설계했습니다.

McCormick의 생물 의학 공학 조교수이자 공동 교신 저자인 Neha Kamat은 원래 교수진 오리엔테이션에서 Lucks를 만났고 정보에 대한 액세스를 확장하려는 그의 열망에 관심이 있었습니다. 공학적 멤브레인 및 멤브레인 어셈블리에 대한 전문 지식을 가진 Kamat은 두 개의 레이어가 있는 멤브레인인 소포를 사용하여 Lucks의 테스트 튜브 시스템을 개선할 수 있는지 궁금했습니다.

"그들은 실제 물 샘플에서 분자를 감지하고 의미 있는 출력을 생성하기 위해 RNA와 관련 기계를 사용하고 있습니다."라고 Kamat은 말했습니다. "저희 연구실에서는 약물 전달을 위해 mRNA를 캡슐화하는 데 일반적으로 사용되는 지질을 사용하여 이러한 구획을 사용하여 더 많은 세포 유사 구조를 구축하는 것을 목표로 많은 작업을 수행합니다. Julius의 스위치를 보호하고 샘플에서 작동하도록 할 수 있다는 생각이 들었습니다. 그것은 세포 캔과 같은 다른 오염 물질로 인해 다소 더러울 수 있습니다."

다른 연구자들은 멤브레인 내부에 센서를 배치하려고 시도했지만 스위치가 제대로 작동하지 않고 작은 용기 안에 모든 것을 넣은 다음 확장하기가 어렵기 때문에 훨씬 더 작은 신호를 생성했습니다. 이를 극복하기 위해 팀은 센서의 유전 출력을 수정하여 증폭하고 착색하여 눈으로 볼 수 있고 "이를 수행하기 위해 멋진 감지기가 필요하지 않습니다"라고 Lucks는 말했습니다.

캡슐화 및 보호는 센서가 스위치를 부식시키는 많은 다른 오염 물질이 있는 폐수 채널과 같은 기본 환경에서 작동하도록 하는 데 중요합니다. 이것은 농업에서 인간 건강에 이르는 분야를 도울 수 있는 "분산 감지"의 예가 될 것입니다.

이 그룹은 CLP의 자문 위원회에 그들의 "잠재적으로 파괴적인" 아이디어를 제안함으로써 Northwestern의 생명 프로세스 연구소(CLP)의 Cornew 혁신상을 받았을 때 더 공식적으로 모였습니다. 팀은 아이디어를 시작하기 위해 시드 펀딩을 받았습니다.

Lucks는 이 프로젝트를 생물학에서와 같이 속성을 변경할 수 있는 "스마트" 재료를 포함하여 더 많은 재료에 센서를 내장할 수 있는 "점프 오프 포인트"라고 부릅니다.

"합성 생물 학자로서 우리의 주요 주제 중 하나는 도전 과제를 식별하고 자연을 찾는 것입니다."라고 Lucks는 말했습니다. "이미 무엇을 하고 있습니까? 우리는 그것을 구축하고 우리의 요구를 충족시키기 위해 더 많은 일을 할 수 있습니까?"

불소를 감지하는 천연 RNA 분자가 있어 팀이 더 간단한 메커니즘을 설계할 수 있기 때문에 불소가 확실한 선택이 되었습니다. 그러나 앞으로 Kamat과 Lucs는 센서 사용이 확장될 수 있는 분야에 대해 큰 야망을 가지고 있습니다.

예를 들어, 센서는 센서가 소변 또는 다른 수동적 방법을 통해 검색되기 전에 작은 분자와 바이오마커를 감지하기 위해 인체를 통해 흐를 수 있습니다. 또한 토양의 질산염 수준을 감지하고 유출수를 모니터링하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그 외에도 Lucks와 Kamat은 발에서 냄새를 맡는 나비와 비슷한 것을 만드는 방법에 대해 생각하면서 부드러운 로봇 공학과 같은 재료 과학 내에서 사용되는 것을 보게 되어 기쁩니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/