Новый био-ориентированный инструмент быстро обнаруживает вызывающие беспокойство варианты коронавируса

Исследователи Корнельского университета разработали биоэлектрическое устройство, которое может обнаруживать и классифицировать новые варианты коронавируса, чтобы определить те, которые наиболее вредны. Это устройство также может выполнить ту же задачу для других вирусов.

Инструмент для сенсорного анализа использует клеточную мембрану, также известную как биомембрана, на микрочипе, которая воссоздает клеточную среду и биологические шаги инфицирования. Это позволяет исследователям быстро характеризовать вызывающие беспокойство варианты и анализировать механизмы, которые приводят к распространению заболевания, не углубляясь в сложность живых систем.

Суган Дэниел, профессор химического инжиниринга и старший автор статьи, опубликованной в Nature Communications, отмечает, что в новостях периодически появляются варианты, вызывающие беспокойство, такие как дельта, омикрон и другие, что пугает людей. Первые мысли, которые приходят в голову: "Покрывает ли моя вакцина этот новый вариант? Насколько я должен волноваться?"

Хотя множество биологических элементов уже были помещены на микрочипы, от клеток до органелл и структур, напоминающих органы, новая платформа отличается тем, что она фактически воспроизводит биологические сигналы и процессы, приводящие к началу инфекции на клеточной мембране одной клетки. По сути, она заставляет вариант вести себя так, как если бы он находился в реальной клеточной системе возможного хозяина.

Дэниел отмечает, что может существовать корреляция между тем, насколько хорошо вариант может доставить свой геном через слой биомембраны и тем, насколько он может быть опасен с точки зрения способности инфицировать людей. Если он способен эффективно высвобождать свой геном, возможно, это показатель того, что за этим вариантом следует внимательно наблюдать или создавать новую вакцину, включающую его. Если же он не высвобождает геном хорошо, возможно, этот вариант менее опасен. Ключевое в том, что нам нужно быстро классифицировать эти варианты, чтобы принимать обоснованные решения, и мы можем сделать это очень быстро с помощью наших устройств. Эти тесты занимают несколько минут и не требуют маркировки вируса для отслеживания его прогресса.

Благодаря возможности воссоздавать биологические условия и сигналы, активирующие вирус, исследователи могут также изменять эти сигналы и наблюдать за реакцией вируса.

Дэниел подчеркивает, что с точки зрения понимания основ науки о том, как происходит заражение и какие сигналы могут ему способствовать или препятствовать, это уникальный инструмент. Можно разъединить многие аспекты последовательности реакций и определить, какие факторы способствуют или препятствуют инфекции.

Платформа может быть адаптирована для других вирусов, таких как грипп и корь, если исследователи знают, какой тип клеток может быть инфицирован и какие биологические особенности позволяют конкретной инфекции развиваться. Например, грипп требует снижения pH, чтобы активировать свои гемагглютинины, а коронавирус имеет фермент, активирующий его спайковый белок.

Каждый вирус имеет свои собственные методы. И нужно знать, какие они, чтобы воспроизвести процесс заражения на чипе, говорит Дэниел. Но как только вы их узнаете, вы можете создать платформу, которая будет учитывать любые специфические условия.

Соавторами являются докторант Амбика Пачаури, Константинос Каллитсис и Циксуан Лу из Кембриджского университета.

Исследование было поддержано Агентством перспективных исследовательских проектов обороны (DARPA), Исследовательским управлением армии, Стипендией Смита Корнельского университета для постдокторских инноваций, программой Schmidt Futures и Национальным научным фондом.