Nuovo test rileva la carenza di zinco pericolosa per la vita
In un villaggio remoto, un operatore umanitario punge la punta delle dita di un bambino malato e, come la maggior parte dei campioni di sangue degli altri bambini, questo trasforma una striscia reattiva in giallo. È così che un test sperimentale di malnutrizione fatto con interiora batteriche potrebbe funzionare un giorno sul campo per esporre diffuse carenze di zinco che uccidono migliaia ogni anno.
Queste interiora includono plasmidi, che sono anelli di DNA., Non sono gli stessi filamenti di DNA dietro la riproduzione e la costruzione cellulare, ma funzionano invece come nano-organi con programmi genetici che normalmente guidano i processi cellulari batterici. In uno studio condotto dal Georgia Institute of Technology, i ricercatori hanno ingegnerizzato i propri plasmidi per dirigere altre parti estratte dai batteri per far funzionare il test del sangue.
La nuova tecnologia ha mostrato un alto potenziale come base per un test di malnutrizione economico e facile che potrebbe essere ampliato per includere molti nutrienti vitali e altri indicatori di salute.,
Il nuovo test sperimentale viene liofilizzato in una polvere che viene mantenuta a temperature quotidiane, può essere letto sul campo e può essere adatto per un’analisi precisa con un’app per smartphone applicabile. Potrebbe superare i travagli clinici e logistici di altri test, incluso il trasporto refrigerato sul campo o di nuovo in un laboratorio, così come il tempo perso.
Il test non solo rileva lo zinco, ma quantifica anche i suoi livelli clinicamente rilevanti, che è necessario per rilevare la malnutrizione ed è una delle principali innovazioni del nuovo test., Le agenzie umanitarie potrebbero utilizzare una versione sul campo del test per ottenere informazioni immediate per influenzare rapidamente le decisioni politiche sugli interventi nutrizionali.
Fame nascosta
Due miliardi di persone in tutto il mondo soffrono di carenze di micronutrienti, che richiedono milioni di vite ogni anno, secondo i Centers for Disease Control and Prevention. La carenza di zinco da sola è stata accusata di oltre 450.000 decessi nel 2009, secondo uno studio pubblicato sull’European Journal of Clinical Nutrition.
Ma individuare la malnutrizione è difficile.,
” Nel mondo in via di sviluppo oggi, molte persone possono ottenere abbastanza calorie, ma perdere un sacco di sostanze nutritive. Si può guardare qualcuno e dire se stanno ottenendo abbastanza calorie, ma non se stanno ottenendo una quantità sufficiente di nutrienti importanti dal punto di vista dello sviluppo,”ha detto Mark Styczynski, che ha guidato lo studio ed è professore associato in School of Chemical and Biomolecular Engineering di Georgia Tech.
“L’impatto è maggiore su madri incinte e bambini di età inferiore ai 5 anni, che è quando hanno la più alta mortalità”, ha detto.,
Il team di ricerca, che comprendeva collaboratori della Northwestern University, ha pubblicato il loro studio sulla rivista Science Advances. La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health, dalla National Science Foundation, dal Air Force Research Laboratory, dalla Defense Advanced Research Projects Agency, dalla David and Lucille Packard Foundation e dal Camille Dreyfus Teacher-Scholar Program.
Piccolo è enorme
L’ingegneria con interiora batteriche ha almeno 25 anni, con la ricerca che accelera negli ultimi dieci anni., Ma questo nuovo test bandiere piccole molecole, come zinco o iodio, un’altra grande innovazione.
La quantificazione degli ioni di zinco in questo particolare studio è stata la prova del concetto per i piani per misurare molte piccole molecole rilevanti per i test sul campo. I ricercatori potrebbero espandere rapidamente il test per valutare i livelli dei sei nutrienti vitali a piccole molecole, i micronutrienti, che sono altamente rilevanti per il lavoro sul campo nutrizionale.
” Potremmo essere in grado di fare ragionevolmente rapidamente nuovi test per ferro, B12, folato, iodio e vitamina A”, ha detto Styczynski., “Potremmo anche quantificare molecole più grandi come il DNA e le proteine per aiutare a capire quanto sia grave un’epidemia virale.”
” Rilevare la presenza o l’assenza di qualcosa come Ebola o gravidanza è importante. Ma essere in grado di dire quanto di qualcosa che hai, come un nutriente o un virus, senza dover trasportare attrezzature attraverso il campo per farlo è stato carente. La capacità di farlo potrebbe aprire molte porte nella diagnostica e nel trattamento”, ha detto Styczynski.
Sventrare i batteri
La facilità d’uso del test sperimentale di zinco è in netto contrasto con le fatiche necessarie per ingegnerizzarlo., I ricercatori hanno iniziato a utilizzare batteri vivi che hanno cambiato i colori in reazione allo zinco, ma quell’approccio ha colpito gli ostacoli.
” Il test ha richiesto troppo tempo e il volume di sangue e batteri di cui avremmo bisogno non era chiaro”, ha detto Styczynski. “Così, siamo andati senza cellulare. Prendi i batteri e rimuovi l’esterno e il genoma – il DNA principale-e ti rimane questa ricca miscela di parti fortemente reattive, a cui puoi aggiungere il tuo programma genetico sui plasmidi.,”
Gli approcci cell-free consentono di dosare le interiora batteriche come composti in una reazione chimica, rendendo il test prevedibile, affidabile e adatto alla standardizzazione. I ricercatori hanno costruito due plasmidi per guidare i processi del test.
” Uno ha i geni presi da E. coli per un enzima che scompone uno zucchero grande in zuccheri più piccoli. L’altro controlla quanto di un gene regolatore viene attivato in risposta ai livelli di zinco”, ha detto Styczynski.,
Diventando viola
Il test utilizza una molecola di segnale che è in parte un grande zucchero e inizia giallo, ma una volta che il plasmide fa un enzima che scinde lo zucchero, la molecola diventa viola. I livelli di zinco regolano quanto enzima è fatto means più zinco significa più enzima e più viola. Se il test rimane giallo, lo zinco è pericolosamente basso.
Quando testato nel siero, cioè sangue, la sua ricca biologia ingombra la reazione, e nel mondo reale, che disordine differisce da persona a persona e sarebbe inclinare combinazioni di colori da paziente a paziente.,
I ricercatori hanno risolto questo con un trucco chimico per fare un sistema di calibrazione che scorre con quella inclinazione. Per il test vero e proprio, lo zinco ha regolato il modo in cui i plasmidi alterano il colore, ma il primo autore dello studio, Monica McNerney, ha capovolto le cose per il calibratore.
Per fare i suoi punti di riferimento, ha maxed fuori i livelli di zinco e variava i livelli di plasmidi punto per punto, risultando in una scala di colori.
Il test e i punti di taratura plasmidici hanno ricevuto entrambi il siero da testare e il disordine ha spostato il test e i punti di taratura in modo identico., Il colore cambiato della prova ha potuto essere confrontato esattamente ai colori dei punti di calibratura per accertare i livelli dello zinco.
I colori sono nell’intervallo visibile, non fluorescenti, quindi non richiedono alcun dispositivo da leggere. La velocità del cambiamento di colore potrebbe rivelare maggiori dettagli sui livelli di nutrienti, forse tramite un’analisi del video smartphone preso del test.
Riferimento: McNerney, MP, Zhang, Y., Steppa, P., Silverman, A. D., Jewett, M. C., & Styczynski, MP (2019). Quantificazione del biomarcatore point-of-care abilitata dalla calibrazione specifica del campione., Science Advances, 5 (9), eaax4473. https://doi.org/10.1126/sciadv.aax4473
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