U de T, scientifiques d'ASU développent d'abord le circuit direct de gène

Scientifiques à l'université de Toronto (U de T) et d'université de l'Etat d'Arizona (ASU) ont développé le premier circuit direct de gène à la surface adjacente d'électrode en combinant la biologie synthétique sans cellule avec les électrodes nanostructured par situation actuelle.

Les résultats d'étude étaient aujourd'hui publié en chimie de nature.

Longtemps inspiré par des concepts de l'inducteur de l'électronique, avec ses circuits et portes logiques, les biologistes synthétiques ont recherché à reprogrammer des systèmes biologiques pour effectuer des fonctionnements artificiels pour des applications médicales, environnementales, et pharmaceutiques. Ces travaux récents déménagent l'inducteur de la biologie synthétique vers les systèmes de biohybrid qui peuvent tirer profit des avantages de chaque discipline.

C'est le premier cas d'un circuit de gène étant directement accouplé aux électrodes, et est un outil passionnant pour la conversion d'information biologique dans un signe électronique. Keith

Pardee, professeur adjoint dans le service des sciences pharmaceutiques à U de la faculté de Leslie Dan du t de la pharmacie

L'effort interdisciplinaire pour produire le système neuf a rassemblé des compétences dans la biologie synthétique sans cellule du laboratoire de Pardee (U de T), électrochimie du laboratoire de Kelley (U de T) et détecteur conçoivent du laboratoire vert (ASU).

Franchissement des limites pratiques de la signalisation optique

Pardee, dont l'organisme de recherche se spécialise en développant les technologies diagnostiques sans cellule qui peuvent être employées en toute sécurité en dehors du laboratoire, a suscité l'attention répandue en 2016 quand lui et les collaborateurs ont relâché une plate-forme pour le dépistage rapide, portatif et bon marché du virus de Zika utilisant les réseaux sur papier de gène synthétique.

Porter la capacité de trouver le virus de Zika en dehors de la clinique et au remarque-de-besoin était une étape essentielle vers l'avant, mais l'approche s'est fondée sur la signalisation optique conventionnelle - un changement de la couleur pour indiquer que le virus avait été trouvé. Ceci a lancé un défi pour la mise en place pratique dans les pays comme le Brésil où les virus avec les sympt40mes assimilés exigent des fournisseurs de soins de santé d'examiner pour plusieurs différents agents pathogènes afin de recenser correctement la cause de l'infection d'un patient.

Ceci a mis en valeur le besoin de système mobile qui pourrait faciliter beaucoup de détecteurs dans les mêmes tests diagnostique, une capacité connue sous le nom de multiplexage. Le défi était que le multiplexage avec la signalisation basée sur couleur n'est pas pratique.

« Une fois que vous obtenez au delà de trois signes de couleur, vous manquez de largeur de bande pour le dépistage sans ambiguïté. L'entrée dans l'espace électrochimique nous donne sensiblement plus de largeur de bande pour enregistrer et signaler. Nous avons maintenant prouvé que les signes électrochimiques distincts peuvent fonctionner en parallèle et sans interférence, qui est une approche beaucoup plus prometteuse pour écailler, » avons dit Pardee.

Le système neuf de biohybrid emploie les enzymes non-optiques de journaliste contenues à moins de 16 microlitres de liquide qui appareillent particulièrement avec les électrodes micropatterned hébergées sur une petite frite pas plus d'un pouce de longueur. Dans cette frite, les détecteurs basés sur gène surveillent la présence des séquences spécifiques d'acide nucléique, qui, une fois activées, déclenchent la production d'une d'une Commission des enzymes de journaliste. Les enzymes réagissent alors avec les séquences d'ADN de journaliste qui règlent hors d'une réaction électrochimique sur la frite de détecteur d'électrode.

Trouver des gènes de résistance aux antibiotiques

Comme validation de principe, l'équipe s'est appliquée l'approche neuve à trouver les gènes de résistance aux antibiotiques de colistin qui récent ont été recensés dans le bétail mondial et représente un danger grave à l'utilisation de l'antibiotique comme demande de règlement de dernier recours pour l'infection. Quatre gènes de résistance indépendants ont été trouvés, expliquant la capacité du système effectivement de recenser et enregistrer chaque gène indépendamment et également en association.

Pour les biologistes synthétiques, cette approche neuve représente un saut technique potentiel vers l'avant. La biologie synthétique conventionnelle exige que des calculs de logique soient codés dans l'ADN du circuit de gène. Ceci peut être soigneux, prenant des mois aux années pour établir les circuits complexes.

« Ce qui effectue cette approche combinée si puissante est que la connectivité fondamentale des sorties de détecteur de circuit de gène peut être reprogrammée à volonté en modifiant simplement l'indicatif au niveau du logiciel plutôt qu'au niveau de l'ADN qui est beaucoup plus difficile et long, » a dit Shana Kelley, professeur d'Université dans le service des sciences pharmaceutiques à U de la faculté de Leslie Dan du t de la pharmacie, dont l'organisme de recherche se spécialise dans le développement des détecteurs électrochimiques extrêmement sensibles. Portant la détection basée sur biologie avec la logique basée sur l'électronique, la mémoire et les éléments de réponse, a le potentiel de transformer le médicament, biotechnologie, recherche universitaire, sécurité alimentaire, et d'autres applications pratiques, il a dit.

Un ensemble d'outils puissant à l'avenir

Ce système neuf nous permet de trouver beaucoup de différents signes simultanément, qui est essentiel pour la diagnose et les systèmes de contrôle. La sortie électronique signifie qu'à l'avenir ce peut être des technologies promptement reliées comme des smartphones et distribuées détectant les choix qui pourraient être portés directement au chevet d'un patient.

Co-auteur Alexandre A. Green, professeur adjoint à l'institut de Biodesign à l'université de l'Etat d'Arizona

À Toronto, Pardee et son organisme de recherche sont excités pour voir où d'autres dans le domaine synthétique de biologie prendront le système. « Nous avons essentiellement produit un ensemble neuf d'outils et avons ouvert un lieu de rendez-vous neuf pour la signalisation. Les applications synthétiques de biologie sont limitées à l'opération d'enregistrement et c'a été un défi important. Avec cette approche combinée neuve, nous pensons que nous pouvons réellement accélérer l'inducteur et sa capacité d'améliorer des durées. »

Source:
Journal reference:

Mousavi, P. S. et al. (2019) A multiplexed, electrochemical interface for gene-circuit-based sensors. Nature Chemistry. doi.org/10.1038/s41589-019-0401-8