Neuer Test erkennt lebensbedrohlichen Zinkmangel
In einem abgelegenen Dorf sticht ein Helfer die Fingerspitze eines kränklichen Kleinkindes, und wie die meisten Blutproben der anderen Kinder wird dieser Teststreifen gelb. So könnte ein experimenteller Unterernährungstest mit bakteriellen Innereien eines Tages auf dem Feld funktionieren, um weit verbreitete Zinkmängel aufzudecken, die jedes Jahr Tausende töten.
Diese Innereien umfassen Plasmide, die DNA-Schleifen sind., Sie sind nicht die gleichen DNA-Stränge hinter Reproduktion und Zellaufbau, sondern funktionieren wie Nano-Organe mit genetischen Programmen, die normalerweise bakterielle Zellprozesse leiten. In einer Studie unter der Leitung des Georgia Institute of Technology entwickelten Forscher ihre eigenen Plasmide, um andere aus Bakterien extrahierte Teile zu lenken, damit der Bluttest funktioniert.
Die neue Technologie zeigte ein hohes Potenzial als Grundlage für eine kostengünstige, einfach Mangelernährung test, der erweitert werden könnte enthalten viele wichtige Nährstoffe und andere Gesundheit Indikatoren.,
Der neue, experimentelle Test ist gefriergetrocknet zu einem Pulver, das bei Alltagstemperaturen gehalten wird, im Feld abgelesen werden kann und für eine präzise Analyse mit einer anwendbaren Smartphone-App geeignet sein kann. Es könnte den klinischen und logistischen Aufwand anderer Tests, einschließlich des Kühltransports zum Feld oder zurück zu einem Labor, sowie den Zeitverlust überwinden.
Der Test erkennt nicht nur Zink, sondern quantifiziert auch seine klinisch relevanten Niveaus, die notwendig sind, um Unterernährung zu erkennen und ist eine der wichtigsten Innovationen des neuen Tests., Hilfsorganisationen könnten eine Feldversion des Tests verwenden, um sofortige Informationen zu erhalten, um politische Entscheidungen über Ernährungsinterventionen schnell zu beeinflussen.
Versteckter Hunger
Zwei Milliarden Menschen weltweit leiden an Mikronährstoffmangel, der nach Angaben der Zentren für Krankheitskontrolle und-prävention jedes Jahr Millionen von Menschenleben fordert. Laut einer Studie im European Journal of Clinical Nutrition wurde Zinkmangel allein 2009 für mehr als 450.000 Todesfälle verantwortlich gemacht.
Aber Spotting Unterernährung ist schwierig.,
„In den Entwicklungsländern heute können viele Menschen genug Kalorien bekommen, aber auf eine Menge Nährstoffe verpassen. Sie können jemanden ansehen und sagen, ob sie genug Kalorien bekommen, aber nicht, wenn sie ausreichende Mengen an entwicklungswichtigen Nährstoffen bekommen“, Sagte Mark Styczynski, der die Studie leitete und Associate Professor an der Georgia Tech School of Chemical and Biomolecular Engineering ist.
„Die Auswirkungen sind am größten auf schwangere Mütter und Kinder unter 5 Jahren, wenn sie die höchste Sterblichkeit haben“, sagte er.,
Das Forschungsteam, zu dem Mitarbeiter der Northwestern University gehörten, veröffentlichte ihre Studie in der Zeitschrift Science Advances. Die Forschung wurde von den National Institutes of Health, der National Science Foundation, dem Air Force Research Laboratory, der Defense Advanced Research Projects Agency, der David and Lucille Packard Foundation und dem Camille Dreyfus Teacher-Scholar Program finanziert.
Klein ist riesig
Die Technik mit bakteriellen Innereien ist mindestens 25 Jahre alt, und die Forschung hat sich in den letzten zehn Jahren beschleunigt., Aber dieser neue Test zeigt kleine Moleküle wie Zink oder Jod an, eine weitere große Innovation.
Die Quantifizierung von Zinkionen in dieser speziellen Studie war der Proof of Concept für Pläne, viele kleine Moleküle relevant für In-Field-Tests zu messen. Die Forscher konnten den Test schnell erweitern, um den Gehalt der sechs lebenswichtigen kleinmolekularen Nährstoffe, Mikronährstoffe, zu bewerten, die für die Ernährungsforschung von großer Bedeutung sind.
„Möglicherweise können wir relativ schnell neue Tests auf Eisen, B12, Folsäure, Jod und Vitamin A durchführen“, sagte Styczynski., „Wir könnten auch größere Moleküle wie DNA und Proteine quantifizieren, um herauszufinden, wie schlimm ein Virusausbruch ist.“
“ Das Vorhandensein oder Fehlen von etwas wie Ebola oder Schwangerschaft zu erkennen, ist wichtig. Aber in der Lage zu sagen, wie viel von etwas Sie haben, wie ein Nährstoff oder ein Virus, ohne Ausrüstung durch das Feld zu schleppen, um es zu tun, hat gefehlt. Die Fähigkeit, dies zu tun, könnte viele Türen in der Diagnostik und Behandlung öffnen“, sagte Styczynski.
Entflammbare Bakterien
Die Benutzerfreundlichkeit der experimentellen Zinkprüfstände steht in krassem Gegensatz zu den Arbeiten, die erforderlich sind, um es zu konstruieren., Die Forscher begannen mit lebenden Bakterien, die als Reaktion auf Zink die Farbe änderten, aber dieser Ansatz traf Haken.
„Der Test hat zu lange gedauert, und die Menge an Blut und Bakterien, die wir brauchen würden, war nicht klar“, sagte Styczynski. „Also gingen wir zellfrei. Sie nehmen die Bakterien und entfernen die Außenseite und das Genom – die Haupt-DNA – und Sie haben diese reiche Mischung aus stark reaktiven Teilen, zu denen Sie Ihr eigenes genetisches Programm auf den Plasmiden hinzufügen können.,“Mit zellfreien Ansätzen können bakterielle Innereien wie Verbindungen in einer chemischen Reaktion dosiert werden, wodurch der Test vorhersehbar, zuverlässig und für die Standardisierung geeignet ist. Die Forscher bauten zwei Plasmide, um die Testprozesse voranzutreiben.
“ Man hat die Gene von E. coli für ein Enzym, das einen großen Zucker in kleinere Zucker zerlegt. Der andere kontrolliert, wie viel von einem Regulator-Gen als Reaktion auf Zinkspiegel aktiviert wird“, sagte Styczynski.,
Drehen lila
Der test verwendet eine signal-Molekül, das ist zum Teil eine große Zucker-und beginnt, sich gelb, aber sobald das plasmid ermöglicht ein Enzym, das spaltet den Zucker, das Molekül wird Violett. Zinkspiegel regulieren, wie viel Enzym hergestellt wird-mehr Zink bedeutet mehr Enzym und mehr Purpur. Wenn der Test gelb bleibt, ist Zink gefährlich niedrig.
Wenn im Serum getestet, d. H. Blut, seine reiche Biologie verstopft die Reaktion, und in der realen Welt, dass Unordnung unterscheidet sich von Person zu Person und würde Farbschemata von Patient zu Patient verzerren.,
Die Forscher lösten dies mit einem chemischen Trick ein Kalibriersystem zu machen, die mit dieser Schiefe fließt. Für den eigentlichen Test regulierte das Zink, wie die Plasmide die Farbe verändern,aber der erste Autor der Studie, Monica McNerney, drehte Dinge für den Kalibrator.
Um seine Bezugspunkte zu machen, maxed sie Zinkspiegel und variierte die Ebenen der Plasmide Punkt für Punkt, was zu einer Skala von Farben.
Der Test und die plasmid-variierten Kalibrierpunkte erhielten beide das zu testende Serum, und das Durcheinander verschob den Test und die Kalibrierpunkte auf identische Weise., Die veränderte Farbe des Tests konnte genau mit den Farben der Kalibrierpunkte verglichen werden, um den Zinkgehalt zu ermitteln.
Die Farben sind im sichtbaren Bereich, nicht fluoreszierend, so dass sie kein Gerät zum Lesen benötigen. Die Geschwindigkeit des Farbwechsels könnte mehr Details über den Nährstoffgehalt aufdecken, vielleicht über eine Analyse des Smartphone-Videos des Tests.
Referenz: McNerney, M. P., Zhang, Y., Steppe, P., Silverman, A. D., Jewett, M. C., & Styczynski, M. P. (2019). Point-of-Care Biomarker Quantifizierung durch probenspezifische Kalibrierung ermöglicht., Science Advances, 5(9), eaax4473. https://doi.org/10.1126/sciadv.aax4473
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