شناسایی پاتوژن های قارچی به کمک سنسور زیستی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، محققان دانشگاه کلمبیا ابزاری را توسعه داده اند که احتمالاً روش تشخیص و درمان عوامل بیماری زا را در همه چیز از سلامت انسان گرفته تا کشاورزی و آب متحول می کند. آنها تنها با استفاده از مخمر معمولی نانوایی خانگی، آزمایشی در محل بسیار کم هزینه ایجاد کرده اند که امیدوارند به نظارت و تشخیص زودهنگام پاتوژن های قارچی مسئول بیماری های عمده انسانی، آسیب های کشاورزی و فساد مواد غذایی در سراسر جهان کمک کند. این مطالعه در Science Advances منتشر شده است.

ویرجینیا کورنیش، محقق اصلی و شیمیدان دانشگاه کلمبیا، ویرجینیا کورنیش گفت: بیوسنسور ما به ما این امکان را می دهد که یک پاتوژن را با کمتر از یک درصد در هر آزمایش شناسایی کنیم؛ استفاده از آن آسان است، تولید آن ارزان است و به امکانات سردخانه نیاز ندارد.

کورنیش گفت: ما متوجه شدیم که همان مخمر نانوایان خانگی که هر روز برای دم کردن آبجو و نان استفاده می کنند، می تواند برای شناسایی تعداد زیادی هدف برنامه ریزی شود. ما اکنون می توانیم DNA مخمر نانوایی را تغییر دهیم تا عملکردهای جدیدی به آن بدهیم که آن را برای کاربردهای مختلف مفید می کند.

کورنیش گفت: «پاتوژن های قارچی به عنوان (قاتلان پنهان) شناخته می شوند، و افزود که این ویرانی در مناطق فقیر از منابع، جایی که تلاش ها برای کاهش عفونت ها به دلیل کمبود تشخیص های قارچی مقرون به صرفه با مشکل مواجه شده اند، آشکارتر است. او توضیح داد در حالی که نظارت بر بار جهانی پاتوژن عمدتاً به تعداد کمی از مراکز تخصصی محدود شده است، نظارت مؤثرتری را می توان با در دسترس ساختن دستگاه های تشخیص ارزان قیمت در محل مراقبت ایجاد کرد. تشخیص های سنتی اغلب به معرف های گران قیمت، توزیع زنجیره سرد، تجهیزات تخصصی و پرسنل فنی متکی هستند که همه آنها در محل تا حد زیادی غیرقابل دسترسی هستند.

برای رفع این مشکل و با همکاری نزدیک با متخصصان بهداشت عمومی، کورنیش و تیمی از دانش آموزانش گیرنده های طبیعی سطح سلولی ساکارومایسس سرویزیه یا مخمر نانوایی را با پروتئین های گیرنده خاص بیماری زا عوض کردند. آنها با ساخت یک حسگر زیستی برای تشخیص کاندیدا آلبیکنس، یک پاتوژن قارچی انسانی (نوعی مخمر) که به طور طبیعی در روده انسان وجود دارد، شروع کردند، اما اگر جمعیت از کنترل خارج شود، می تواند باعث مشکلات جدی پزشکی و حتی مرگ شود.

پس از جایگزینی گیرنده طبیعی مخمر نانوایی با گیرنده C. albicans، محققان DNA آن را برای تولید لیکوپن، رنگدانه مسئول رنگ قرمز گوجه فرنگی، تغییر دادند. این باعث شد تا مخمر مهندسی شده در حضور یک مولکول هدف، در این مورد، فرمون (pheromones ) قارچ C. albicans قرمز شود.

این آزمایش موفقیت بزرگی بود. حسگر زمانی که در معرض هدف قارچ قرار گرفت قرمز شد. این تیم یک حسگر کاربردی، ساده، بسیار خاص و تک جزیی را با استفاده از مخمر توسعه داده بود.

سپس، محققان با موفقیت روش خود را برای توانایی تشخیص ده عامل بیماریزای اصلی دیگر، از جمله Paracoccidioides brasiliensis، قارچی که مسئول یک بیماری پیشرونده استوایی است که مخاط بینی، سینوس ها و پوست را تحت تأثیر قرار می دهد، و Botrytis cinerea، یک کپک خاکستری، آزمایش کردند.

با در دست داشتن یک آزمایش عملیاتی، تیم تصمیم گرفت تا آن را همه کاره و کاربرپسند کند، و یک نمونه اولیه یک مرحله ای سریع دیپ استیک طراحی کرد، بسیار شبیه یک تست بارداری در خانه، که می تواند در نمونه های پیچیده، از جمله خون، سرم، آب، ادرار و خاک کامل استفاده شود.

کورنیش گفت: تحقیقات جدید در زمینه زیست شناسی مصنوعی به ما این توانایی را داده است که از سلول های زنده در توسعه ابزارهای بسیار خاص تر و مفیدتر از گذشته استفاده کنیم. آزمون ما می تواند ارزان ساخته شود، به لحاظ اقتصادی در مقیاس بزرگ تولید شود، به طور گسترده به عنوان یک محصول خشک شده پایدار برای مصارف خانگی توزیع شود، به طور قوی روی نمونه های پیچیده اعمال شود، به ذخیره سازی در زنجیره سرد وابسته نیست، و به راحتی توسط چشم قابل تشخیص است. تجهیزات اضافی، آن را به ابزاری قانع کننده و کاملاً عملی برای نظارت بر پاتوژن ها در سراسر جهان تبدیل می کند. این برای سلامت انسان، امنیت غذایی، بیوتروریسم و ​​حفظ تنوع زیستی حیاتی است.

تیم کلمبیا در حال حاضر در حال گفتگو با سازمان های غیرانتفاعی بهداشت جهانی و گروه های تحقیقاتی، فناوری، توسعه و شهروندی در سراسر جهان برای تعیین نیازهای کشورهای خاص است. آنها معتقدند کاربردهای بیشتری برای حسگر آنها وجود دارد، از جمله استفاده در تشخیص ویروس و باکتری، و یک حسگر زیستی برای وبا، یک بیماری اسهالی بالقوه کشنده ناشی از مصرف غذا یا آب آلوده به باکتری ویبریو وبا، در حال کار است.