Nytt Test upptäcker livshotande zinkbrist
i en avlägsen by prickar en hjälparbetare en sjuklig barns fingertopp, och som de flesta andra barns blodprov blir den här en testremsa gul. Det är hur ett experimentellt undernäring test som gjorts med bakteriella inälvor kan fungera en dag på fältet för att avslöja utbredda zinkbrister som dödar tusentals varje år.
dessa innards inkluderar plasmider, som är slingor av DNA., De är inte samma DNA-strängar bakom reproduktion och cellkonstruktion, men fungerar istället som nanoorgan med genetiska program som normalt styr bakteriecellsprocesser. I en studie ledd av Georgia Institute of Technology konstruerade forskare sina egna plasmider för att styra andra delar extraherade från bakterier för att göra blodprovet.
Den nya tekniken visade hög potential som grund för ett billigt, lätt undernäring test som skulle kunna utökas till att omfatta många viktiga näringsämnen och andra hälsoindikatorer.,
det nya experimentella testet frystorkas till ett pulver som hålls vid vardagliga temperaturer, kan läsas i fältet och kan vara lämpligt för exakt analys med en tillämplig smartphone-app. Det kan övervinna de kliniska och logistiska travails av andra tester, inklusive kyltransport till fältet eller tillbaka till ett labb, samt förlorad tid.
testet upptäcker inte bara zink utan kvantifierar också dess kliniskt relevanta nivåer, vilket är nödvändigt för att upptäcka undernäring och är en av de nya testens viktigaste innovationer., Biståndsorganen kan använda en fältversion av testet för att få omedelbar information för att snabbt påverka politiska beslut om näringsinsatser.
Dold hunger
två miljarder människor världen över lider av mikronäringsämnen brister, som hävdar miljontals liv varje år, enligt Centers for Disease Control and Prevention. Zinkbrist ensam skylldes för mer än 450 000 dödsfall under 2009, enligt en studie i European Journal of Clinical Nutrition.
men spotting undernäring är knepigt.,
” i utvecklingsländerna idag, många människor kan få tillräckligt med kalorier men miste om en hel del näringsämnen. Du kan titta på någon och berätta om de”får tillräckligt med kalorier men inte om de”får tillräckliga mängder utvecklingsmässigt viktiga näringsämnen”, säger Mark Styczynski, som ledde studien och är docent i Georgia Techs skola för kemisk och biomolekylär teknik.
”effekten är störst på gravida mödrar och barn under 5 år, vilket är när de har den högsta dödligheten”, sa han.,
forskargruppen, som inkluderade medarbetare från Northwestern University, publicerade sin studie i tidskriften Science Advances. Forskningen har finansierats av National Institutes of Health, National Science Foundation, Air Force Research Laboratory, Defense Advanced Research Projects Agency, David och Lucille Packard Foundation, och Camille Dreyfus Lärare-Scholar Program.
liten är enorm
teknik med bakteriella innards är minst 25 år gammal, med forskning som accelererar under det senaste decenniet., Men detta nya test flaggar små molekyler, som zink eller jod, en annan stor innovation.
kvantifieringen av zinkjoner i denna speciella studie var beviset på konceptet för planer på att mäta många små molekyler som är relevanta för fälttester. Forskarna kunde snabbt expandera testet för att bedöma nivåerna av de sex viktiga småmolekylära näringsämnena, mikronäringsämnen, som är mycket relevanta för näringsfyelarbete.
”vi kanske snabbt kan göra nya tester för järn, B12, folat, jod och vitamin A”, säger Styczynski., ”Vi kan också kvantifiera större molekyler som DNA och proteiner för att hjälpa till att räkna ut hur dåligt ett virusutbrott är.”
” det är viktigt att upptäcka närvaron eller frånvaron av något som Ebola eller graviditet. Men att kunna säga hur mycket av något du har, som ett näringsämne eller ett virus, utan att behöva dra utrustning genom fältet för att göra det har saknats. Möjligheten att göra det kan öppna många dörrar i diagnostik och behandling, säger Styczynski.
Disemboweling bakterier
användarvänligheten av det experimentella zinktestet står i skarp kontrast till det arbete som krävs för att konstruera det., Forskarna började använda levande bakterier som förändrade färger som reaktion på zink, men det tillvägagångssättet slog snags.
”testet tog för lång tid, och volymen av blod och bakterier vi skulle behöva var inte klart”, säger Styczynski. ”Så vi blev cellfria. Du tar bakterierna och tar bort utsidan och genomet — Huvud-DNA – och du är kvar med denna rika blandning av kraftigt reaktiva delar, som du kan lägga till ditt eget genetiska program på plasmiderna.,”
cellfria tillvägagångssätt tillåter bakteriella inälvor att doseras som föreningar i en kemisk reaktion, vilket gör testet förutsägbart, tillförlitligt och lämpligt för standardisering. Forskarna byggde två plasmider för att driva testprocesserna.
” en har de gener som tas från E. coli för ett enzym som bryter ner ett stort socker i mindre sockerarter. Den andra kontrollerar hur mycket av en regulatorgen som slås på som svar på zinknivåer, säger Styczynski.,
Turning purple
testet använder en signalmolekyl som delvis är ett stort socker och börjar gul, men när plasmiden gör ett enzym som klyver sockret blir molekylen lila. Zinknivåer reglerar hur mycket enzym som görs – mer zink betyder mer enzym och mer lila. Om testet förblir gult är zink farligt lågt.
när den testas i serum, dvs blod, dess rika biologi röran reaktionen, och i den verkliga världen, som röran skiljer sig från person till person och skulle skeva färgscheman från patient till patient.,
forskarna löste detta med ett kemiskt knep för att göra ett kalibreringssystem som flyter med den skeven. För själva testet reglerade zinken hur plasmiderna ändrar färgen, men studiens första författare, Monica McNerney, flippade saker för kalibratorn.
för att göra sina referenspunkter, hon maxade ut zinknivåer och varierade nivåerna av plasmider punkt för punkt, vilket resulterar i en skala av färger.
både test – och plasmidvarierade kalibreringspunkter erhöll det serum som skulle testas, och röran skiftade testet och kalibreringspunkterna på samma sätt., Den ändrade färgen på testet kan jämföras exakt med färgerna på kalibreringspunkterna för att fastställa zinknivåer.
färgerna är i det synliga området, inte fluorescerande, så de kräver ingen enhet att läsa. Hastigheten på färgförändringen kan avslöja mer detaljerat om näringsnivåer, kanske via en analys av smartphone-video som tagits av testet.
Referens: McNerney, M. P., Zhang, Y., Stäpp, P., Silverman, A. D., Jewett, M. C., & Styczynski, M. P. (2019). Kvantifiering av biomarkörer för vårdpunkter aktiverad genom provspecifik kalibrering., Science Advances, 5.9, eaax4473. https://doi.org/10.1126/sciadv.aax4473
den här artikeln har publicerats på nytt från följande material. Obs! materialet kan ha redigerats för längd och innehåll. För ytterligare information, kontakta den citerade källan.