研究人员开发了基于酵母的工具用于全球病原体检测

哥伦比亚大学的研究人员开发出一种工具，可能彻底改变我们检测和治疗从人类健康到农业再到水的各种病原体的方式。他们只使用普通的家用面包酵母，创造了极低成本，低维护的现场试纸测试，他们希望能够帮助监测和早期发现导致人类主要疾病，农业损害和食物腐败的真菌病原体。全世界。该研究发表在6月28日的Science Advances杂志上。

“我们的生物传感器使我们能够检测出每次检测不到1美分的病原体;它易于使用，生产成本低廉，不需要冷藏设施，”Principal Investigator和哥伦比亚大学化学家弗吉尼亚康沃尔说。“这对农业和健康产生影响，特别是在发展中国家，它们可能是最需要的。我们对这些可能性感到兴奋。”

该项目的开始是寻找一种经济有效，简单的方法来检测霍乱，但很快就发展到满足其他需求。

康沃什说：“我们意识到，同一家庭面包师的酵母每天都会使用啤酒酿造啤酒，然后制作面包可以检测出无数的目标。”“我们现在可以改变面包酵母的DNA，使其具有新的功能，使其适用于各种应用。在农村社区使用这种技术的前景极为诱人，特别引人注目。”

在全球范围内，真菌病原体的公共卫生负担日益紧迫，每年造成约200万人死亡，给植物作物造成破坏性损失，动物野生动物数量下降。尽管如此，真菌病原体及其引起的疾病往往被忽视，对抗它们的研究资金不足。

“真菌病原体被称为'隐藏的杀手'，”康沃尔说，并补充说，在资源贫乏地区，破坏最为明显，因为缺乏经济有效的真菌诊断，减少感染的努力受到了阻碍。她解释说，虽然对全球病原体负担的监测主要局限于少数专业中心，但可以通过在医疗点提供便宜的诊断来建立更有效的监测。传统诊断通常依赖昂贵的试剂，冷链分配，专业设备和技术人员，所有这些都在很大程度上是现场无法实现的。

为了解决这个问题，并且与公共卫生专家密切合作，康沃尔和她的学生团队用病原体特异性受体蛋白替换了酿酒酵母或面包酵母的天然细胞表面受体。他们首先建立了一种生物传感器，用于检测白色念珠菌，这是一种天然存在于人体肠道中的人类真菌病原体(一种酵母)，但如果人口失控，可能会导致严重的医疗问题甚至死亡。

在将面包酵母的天然受体替换为白色念珠菌之后，研究人员随后改变其​​DNA以生产番茄红素，番茄红素是负责番茄红色的色素。这使得工程酵母在存在靶分子时变成红色，在这种情况下是白色念珠菌真菌信息素。

该实验取得了突破性的成功。当暴露于真菌目标时，传感器变为红色。该团队开发了一种仅使用酵母的功能性，简单，高度特异的单组分传感器。

接下来，研究人员成功地测试了他们的检测能力，检测了另外十种主要病原体，包括巴西球菌(Paracoccidioides brasiliensis)，一种影响鼻腔，鼻窦和皮肤粘膜的进行性热带病的真菌，以及导致灰霉病的灰霉病菌(Botrytis cinerea)。全球大量减产。在每种情况下，测试都能准确地运行，而不会牺牲任何其他显着更昂贵的测试所能达到的灵敏度和特异性。

通过手动操作分析，该团队着手使其具有多功能性和用户友好性，设计一步式快速试纸原型，就像家庭妊娠试验一样，可用于复杂样品，包括全血，血清，水，尿液和土壤。

康沃什说：“合成生物学领域的新研究使我们能够利用活细胞开发比过去更加具体和有用的工具。”“我们的化验可以廉价制造，经济地大规模生产，作为家庭使用的稳定干燥产品广泛分布，强力应用于复杂样品，不依赖于冷链储存，并且可以很容易地被眼睛检测到额外的设备，使其成为全球病原体监测的一个引人注目且完全可行的工具。这对人类健康，粮食安全，生物恐怖主义和生物多样性的维护至关重要。“

哥伦比亚团队目前正与全球卫生非营利组织和全球研究，技术，发展和公民团体进行对话，以确定特定国家的需求。他们相信他们的传感器有更多应用，包括用于病毒和细菌检测，以及霍乱的生物传感器，霍乱是一种潜在致命的腹泻病，由摄入食物或被霍乱弧菌污染的水引起，正在研究中协助非洲监督工作。

康沃什说：“我们现在看到的可能性是无限的。”“我们刚刚打开了这项令人兴奋的新技术的大门。这是一个充满潜力的旅程的开始。”

康沃尔的学生研究团队是Nili Ostrov，Miguel Jimenez和Sonja Billerbeck的共同作者。其他合着者是：James Brisbois和Joseph Matragrano，也是哥伦比亚大学;和哥伦比亚大学Mailman公共卫生学院的Alastair Ager，以及英国爱丁堡玛格丽特女王大学全球健康与发展研究所。