U de T, científicos de ASU desarrolla primero el circuito directo del gen

Científicos en la universidad de Toronto (U de la universidad de estado de T) y de Arizona (ASU) ha desarrollado el primer circuito directo del gen al interfaz del electrodo combinando biología sintetizada sin células con los electrodos nanostructured estado plus ultra.

Los resultados del estudio fueron publicados hoy en química de la naturaleza.

Inspirado de largo por conceptos del campo de la electrónica, con sus circuitos y entradas de lógica, los biólogos sintetizados han intentado reprogramar sistemas biológicos para realizar las funciones artificiales para los usos médicos, ambientales, y farmacéuticos. Esta nueva obra mueve el campo de la biología sintetizada hacia los sistemas del biohybrid que pueden aprovecharse de ventajas de cada disciplina.

Éste es el primer ejemplo de un circuito del gen que es acoplado directamente a los electrodos, y es una herramienta emocionante para la conversión de la información biológica en una señal electrónica. Keith

Pardee, profesor adjunto en el departamento de ciencias farmacéuticas en U de la facultad de Leslie Dan del t de farmacia

El esfuerzo interdisciplinario de crear el nuevo sistema reunió experiencia en biología sintetizada sin células del laboratorio de Pardee (U de T), electroquímica del laboratorio de Kelley (U de T) y sensor diseña del laboratorio verde (ASU).

Vencer límites prácticos de transmisión de señales óptica

Pardee, cuyo grupo de investigación se especializa en desarrollar las tecnologías diagnósticas sin células que se pueden utilizar con seguridad fuera del laboratorio, recibió la atención dispersa en 2016 cuando él y los colaboradores liberaron una plataforma para la detección rápida, portátil y barata del virus de Zika usando redes sintetizadas sobre papel del gen.

Traer la capacidad de descubrir el virus de Zika fuera de la clínica y a la punto-de-necesidad era un paso crucial adelante, pero la aproximación confió en la transmisión de señales óptica convencional - un cambio en el color para indicar que el virus había sido descubierto. Esto planteó un reto para la puesta en vigor en los países como el Brasil en donde los virus con síntomas similares requieren a proveedores de asistencia sanitaria revisar para varios diversos patógeno para determinar correctamente la causa de la infección de un paciente.

Esto destacó la necesidad de un sistema portátil que podría acomodar muchos sensores en la misma prueba diagnóstica, una capacidad conocida como multiplexando. El reto era que la multiplexación con la transmisión de señales color-basada no es práctica.

“Una vez que usted consigue más allá de señales tricolores, usted se ejecuta de la anchura de banda para la detección inequívoca. El trasladarse al espacio electroquímico nos da significantly more anchura de banda para denunciar y hacer señales. Ahora hemos mostrado que las señales electroquímicas distintas pueden operar paralelamente y sin la diafonía, que es una aproximación mucho más prometedora para aumentar proporcionalmente,” dijimos a Pardee.

El nuevo sistema del biohybrid utiliza las enzimas no-ópticas del reportero contenidas dentro de 16 microlitres de líquido que emparejen específicamente con los electrodos micropatterned recibidos en una pequeña viruta no más que una pulgada de largo. Dentro de esta viruta, los sensores gen-circuito-basados vigilan la presencia de series específicas del ácido nucléico, que, cuando están activadas, accionan la producción de una de un panel de las enzimas del reportero. Las enzimas entonces reaccionan con las series de la DNA del reportero que fijan de una reacción electroquímica en la viruta del sensor del electrodo.

Descubrir genes de resistencia antibióticos

Como prueba del concepto, las personas aplicaron la nueva aproximación a descubrir los genes de resistencia antibióticos del colistin que se han determinado recientemente en ganado global y representan una amenaza grave al uso del antibiótico como tratamiento del último recurso para la infección. Cuatro genes de resistencia separados fueron descubiertos, demostrando la capacidad del sistema de determinar y de denunciar efectivo cada gen independientemente y también en la combinación.

Para los biólogos sintetizados, esta nueva aproximación representa un salto técnico potencial adelante. La biología sintetizada convencional requiere que los cálculos de la lógica estén codificados en la DNA del circuito del gen. Esto puede ser cuidadoso, llevando meses los años para construir los circuitos complejos.

“Qué hace esta aproximación combinada tan potente es que la conectividad subyacente de los rendimientos del sensor del circuito del gen puede ser reprogramada a voluntad simple modificando la clave en el nivel del software bastante que en el nivel de la DNA que es mucho más difícil y que toma tiempo,” dijo a Shana Kelley, catedrático en el departamento de ciencias farmacéuticas en U de la facultad de Leslie Dan del t de farmacia, cuyo grupo de investigación se especializa en el revelado de sensores electroquímicos altamente sensibles. El traer biología-basó detectar así como la lógica electrónica, elementos de la memoria y de la reacción, tiene el potencial de transformar el remedio, Biotech, investigación académica, seguridad alimentaria, y otros usos prácticos, ella dijo.

Una caja de herramientas potente para el futuro

Este nuevo sistema nos permite descubrir muchas diversas señales simultáneamente, que es esencial para los diagnósticos y los sistemas de vigilancia. El rendimiento electrónico significa que en el futuro puede ser tecnologías fácilmente interconectadas como smartphones y distribuidas detectando las matrices que se podrían traer directamente a la cabecera de un paciente.

Co-author a Alexander A. Green, profesor adjunto en el instituto de Biodesign en la universidad de estado de Arizona

En Toronto, excitan Pardee y a su grupo de investigación para ver adonde otros en el campo sintetizado de la biología tomarán el sistema. “Esencialmente hemos creado un nuevo equipo de herramientas y hemos abierto un nuevo lugar para hacer señales. Los usos sintetizados de la biología son limitados en el paso de la información y esto ha sido un reto importante. Con esta nueva aproximación combinada, pensamos que podemos acelerar realmente el campo y su capacidad de perfeccionar vidas.”

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