하버드 대학교 와이스 연구소가 이끄는 협력 팀은 고대비 형광 바이오센서를 설계하는 획기적인 합성생물학 플랫폼을 개척했으며, 이는 질병 진단 및 환경 모니터링에 큰 진전을 가져올 것으로 기대됩니다.
의료 진단 및 환경 건강 모니터링을 위한 중요한 진전에서, 하버드 대학교 Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering이 이끄는 연구자들은 고효율 형광 바이오센서의 생성을 간소화하는 혁신적인 플랫폼을 개발했습니다. 표적에 결합하면 형광을 극적으로 증가시켜 특정 단백질, 펩타이드 및 소분자를 감지할 수 있는 이러한 바이오센서는 합성 생물학에서 큰 도약을 나타냅니다.
생물학적 분자를 이용해 표적 물질을 식별하는 장치인 바이오센서는 질병 바이오마커 감지, 생물학적 과정 모니터링, 환경 독소 식별 등 광범위한 용도로 사용됩니다.
그러나 기존의 형광 바이오센서는 항상 켜져 있는 형광 프로브로 인해 정확한 신호를 분리하기 위해 광범위한 세척 단계가 필요하다는 문제에 직면합니다.
새롭게 개발된 결합 활성화 형광 나노센서는 표적 결합 시에만 점등하여 이러한 장애물을 극복합니다. 이 혁신적인 접근 방식은 이러한 바이오센서의 대비를 향상시켜 실제 응용 분야에서 더욱 효율적이고 실용적으로 만들어줍니다.
“우리는 세포의 유전 코드를 확장하여 연구, 생명공학 및 다양한 분야의 의학을 가능하게 하는 새로운 기능을 부여하기 위해 오랫동안 노력해 왔으며, 이번 연구는 이러한 노력을 시험관 내에서 확장한 매우 유망한 연구입니다.” 하버드 의대의 유전학 교수이자 하버드 및 MIT의 건강 과학 및 기술 교수이자 이 연구의 주저자인 조지 처치는 다음과 같이 말했습니다. 보도 자료.
이 획기적인 발견의 핵심은 혁신적인 유전 코드 확장 기술을 통해 표적 결합 소형 단백질 서열에 통합된 새로운 형광 아미노산(FgAA)에 있습니다. 이 프로세스는 고처리량 센서 스크리닝, 검증 및 지시 진화와 결합되어 고대비 바이오센서의 빠르고 비용 효율적인 생산을 가능하게 합니다.
Church는 이 플랫폼이 수많은 생물의학 분야에 이로운 파괴적 잠재력을 가지고 있다고 강조했습니다. 이 플랫폼은 단백질 바인더를 놀라운 속도로 나노센서로 변환하여 100초도 채 안 되는 시간에 형광을 최대 XNUMX배까지 증가시킬 수 있는데, 이는 기존 기술에 비해 상당한 개선입니다.
Church는 "이 새로운 합성 생물학 플랫폼은 더 유능한 인스턴트 바이오센서에서 예시된 것처럼 새로운 화학 물질로 단백질을 업그레이드하는 데 방해가 되는 많은 장애물을 해결하며 많은 생물의학 분야에 영향을 미칠 준비가 되어 있습니다."라고 덧붙였습니다.
하버드 대학 유전학과 교회 연구실의 연구원이자 공동 19저자이자 공동 책임 저자인 에르킨 쿠루는 팬데믹 기간 동안 팀의 진전을 강조하며, 처음에는 SARS-CoV-2 스파이크 단백질을 표적으로 하는 나노센서를 만들어 "즉각적인 COVID-XNUMX 진단"을 구상했습니다.
이후 연구팀은 이 플랫폼을 활용해 다양한 분자 표적을 위한 나노센서를 설계하고, 이를 통해 다재다능함과 진단 및 치료제 개발에 미치는 잠재적 영향을 보여주었습니다.
또한 이 플랫폼의 두 번째 반복에서는 설계된 세포 없는 공정과 형광성 스캐폴드가 있는 사전 제작된 합성 아미노산을 사용하여 고처리량 기능을 크게 향상시키고, 수백만 개의 나노센서 후보군의 합성과 테스트를 한 번에 가속화합니다.
Kuru는 "우리는 플랫폼의 고처리량 기능을 증가시켜 분자 설계 공간을 훨씬 더 확장하고 싶었습니다."라고 덧붙였습니다. 그들은 리보솜에 합성 아미노산을 통합하여 추가 정제 단계 없이 빠른 나노센서 생산과 즉각적인 적용을 가능하게 함으로써 이를 달성했습니다.
연구진은 나노센서를 더욱 개량하고, SARS-CoV-2 바이러스의 새로운 변종을 포함한 다양한 대상에 대한 친화성과 특이성을 최적화하기 위해 지시적 진화를 채택했습니다.
에든버러 대학의 전환 화학 및 생물의학 영상 분야 전문가이자 공동 책임 저자인 마크 벤드렐은 보도자료에서 "이것은 실시간 질병 모니터링을 위한 저가 형광 바이오센서를 신속하게 설계하고 진단 및 정밀 의학에 큰 잠재력을 지닌 역량에 있어서 중요한 진전입니다."라고 말했습니다.
이 기술은 진단 및 치료 전략을 새롭게 정의하고, 복잡한 생물학적 문제에 대한 더 빠르고, 효율적이며, 비용 효율적인 솔루션을 제공할 것으로 기대됩니다.
공부, 출판 저널 Nature Communications에 실린 이 기사에는 Subhrajit Rout, Isaac Han, Abigail Reese, Thomas Bartlett, Fabio De Moline 등의 연구자들의 기고가 포함되어 있습니다.