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Un toolkit genetico per produrre le nanoparticelle magnetiche multifunzionali

I batteri magnetici hanno potuto presto essere usati per la produzione dei biomateriali novelli. Un gruppo dei microbiologi all'università di Bayreuth piombo da prof. che il Dott. Dirk Schüler ha messo a punto un sistema modulare per riprogrammare genetico dei batteri, quindi trasformante gli organismi nelle fabbriche delle cellule per le nanoparticelle magnetiche multifunzionali che combinano le vari funzioni e beni utili. A causa dei loro beni magnetici eccezionali e buona biocompatibilità, queste nanoparticelle hanno potuto essere un materiale nuovo di promessa nel campo biomedico e biotecnologico. Nel giornale “piccolo„ gli scienziati hanno presentato i loro risultati.

Dai magnetosomes alle nanoparticelle versatili

I batteri magnetici del gryphiswaldense di Magnetospirillum di specie allineano il loro comportamento di nuoto lungo il campo magnetico della terra. All'interno delle celle, le nanoparticelle magnetiche, i magnetosomes, sono sistemate in un modo del tipo di catena, quindi formante un ago di stampa intracellulare della bussola. Ciascuno magnetosome consiste di una memoria di ossido magnetica del ferro circondata da una membrana. Oltre ai lipidi, questa membrana egualmente contiene varie proteine differenti. I microbiologi dell'università di Bayreuth ora sono riuscito ad accoppiamento dei gruppi funzionali biochimicamente attivi, che provengono dai vari organismi non Xeros, a queste proteine. Il metodo ha usato qui gli inizio alla fase dei geni che sono responsabili della biosintesi delle proteine della membrana. Questi geni batterici sono fusi ai geni estranei da altri organismi che gestiscono la produzione di rispettive proteine funzionali. Non appena i geni sono reintegrati nel genoma, i batteri riprogrammati producono i magnetosomes che video queste proteine non Xeros permanentemente installate sulla superficie della particella.

Nello studio, quattro gruppi funzionali differenti (cioè proteine non Xeros) sono stati accoppiati alle proteine della membrana. Questi includono l'ossidasi di glucosio degli enzimi da un fungo di muffa, che già è usato biotecnologicamente, per esempio come “sensore dello zucchero„ nelle malattie del diabete. Inoltre, una proteina fluorescente verde da una medusa e un enzima producente tintura dal batterio Escherichia coli, di cui l'attività può essere misurata facilmente, sono stati installati sulla superficie dei magnetosomes. Il quarto gruppo funzionale è un frammento dell'anticorpo da una lama (alpaga) che è stata usata come connettore versatile. Quindi, tutti questi beni compreso la magnetizzazione superba dei magnetosomes geneticamente sono codificati nei batteri.

“Facendo uso di questa strategia genetica, abbiamo riprogrammato i batteri per produrre i magnetosomes che emettono luce verde una volta irradiati con luce UV ed allo stesso tempo le funzioni biocatalitiche novelle della visualizzazione. Le varie funzioni biochimiche possono essere installate precisamente sulle loro superfici. Quindi, i magnetosomes dai batteri viventi sono trasformati nelle nanoparticelle multifunzionali con le funzioni ed i beni affascinanti. Inoltre, le particelle rimangono completamente - funzionale quando sono isolate dai batteri - che possono essere eseguiti facilmente approfittando dei loro beni magnetici inerenti,„ dice il professor Dirk Schüler, che piombo il gruppo di ricerca.

Un toolkit genetico per le applicazioni in biomedicina e biotecnologia

Functionalization dei magnetosomes in nessun caso è limitato ai gruppi funzionali che sono stati installati sulla superficie della particella dai microbiologi di Bayreuth. Invece, queste proteine possono essere sostituite facilmente da altre funzioni, così fornitura di una piattaforma altamente versatile. Riprogrammare genetico quindi apre un vasto spettro per progettare la superficie magnetosome. Fornisce la base per “un toolkit genetico„ che permette la produzione delle nanoparticelle magnetiche adattate, combinando le funzioni ed i beni utili differenti. Ciascuna di queste particelle è fra tre e cinque nanometri nella dimensione.

Il nostro approccio dell'ingegneria genetica è altamente selettivo e preciso, confrontato a, per esempio, le tecniche di accoppiamento chimiche che non sono come efficiente e non mancano di questo alto livello di controllo.„

Dott. Frank Mickoleit, primo autore dello studio, microbiologo di Bayreuth

Indica un vantaggio decisivo di nuovi biomateriali: “Gli studi precedenti indicano che le nanoparticelle magnetiche sono nocivo probabile alle colture cellulari. La buona biocompatibilità è un presupposto importante per l'applicazione futura delle particelle in biomedicina, per esempio come agenti di contrasto nelle tecniche di rappresentazione magnetiche o come sensori magnetici nei sistemi diagnostici. In futuro, per esempio, le simili particelle hanno potuto contribuire ad individuare e distruggere le celle del tumore. I sistemi del bioreattore sono un altro campo dell'applicazione. Le nanoparticelle magnetiche fornite dei catalizzatori minuscoli sarebbero altamente adatte a questo fine e permetterebbero ai trattamenti biochimici complessi.

“C'è un potenziale enorme dell'applicazione per le nanoparticelle che video i gruppi funzionali differenti sulla superficie, specialmente nei campi biotecnologia e la biomedicina. I batteri magnetici ora possono servire da piattaforma per un nano-toolkit versatile, ispirante la creatività scientifica nel campo di biologia sintetica. Inizierà ulteriore ricerca interessante si avvicina a„, aggiunge il microbiologo Clarissa Lanzloth B.Sc., che è stato coinvolgere nel nuovo studio come co-author durante il completamento della sua tesi matrice “nella biochimica e nella biologia molecolare„ a Bayreuth.

Source:
Journal reference:

Mickoleit, F., et al. (2020) A Versatile Toolkit for Controllable and Highly Selective Multifunctionalization of Bacterial Magnetic Nanoparticles. Small. doi.org/10.1002/smll.201906922.