哥倫比亞大學的研究人員開發(fā)出一種工具，可能徹底改變我們檢測和治療從人類健康到農(nóng)業(yè)再到水的各種病原體的方式。他們只使用普通的家用面包酵母，創(chuàng)造了極低成本，低維護的現(xiàn)場試紙測試，他們希望能夠幫助監(jiān)測和早期發(fā)現(xiàn)導致人類主要疾病，農(nóng)業(yè)損害和食物腐敗的真菌病原體。全世界。該研究發(fā)表在6月28日的Science Advances雜志上。

“我們的生物傳感器使我們能夠檢測出每次檢測不到1美分的病原體;它易于使用，生產(chǎn)成本低廉，不需要冷藏設施，”Principal Investigator和哥倫比亞大學化學家弗吉尼亞康沃爾說。“這對農(nóng)業(yè)和健康產(chǎn)生影響，特別是在發(fā)展中國家，它們可能是最需要的。我們對這些可能性感到興奮。”

該項目的開始是尋找一種經(jīng)濟有效，簡單的方法來檢測霍亂，但很快就發(fā)展到滿足其他需求。

康沃什說：“我們意識到，同一家庭面包師的酵母每天都會使用啤酒釀造啤酒，然后制作面包可以檢測出無數(shù)的目標。”“我們現(xiàn)在可以改變面包酵母的DNA，使其具有新的功能，使其適用于各種應用。在農(nóng)村社區(qū)使用這種技術的前景極為誘人，特別引人注目。”

在全球范圍內(nèi)，真菌病原體的公共衛(wèi)生負擔日益緊迫，每年造成約200萬人死亡，給植物作物造成破壞性損失，動物野生動物數(shù)量下降。盡管如此，真菌病原體及其引起的疾病往往被忽視，對抗它們的研究資金不足。

“真菌病原體被稱為'隱藏的殺手'，”康沃爾說，并補充說，在資源貧乏地區(qū)，破壞最為明顯，因為缺乏經(jīng)濟有效的真菌診斷，減少感染的努力受到了阻礙。她解釋說，雖然對全球病原體負擔的監(jiān)測主要局限于少數(shù)專業(yè)中心，但可以通過在醫(yī)療點提供便宜的診斷來建立更有效的監(jiān)測。傳統(tǒng)診斷通常依賴昂貴的試劑，冷鏈分配，專業(yè)設備和技術人員，所有這些都在很大程度上是現(xiàn)場無法實現(xiàn)的。

為了解決這個問題，并且與公共衛(wèi)生專家密切合作，康沃爾和她的學生團隊用病原體特異性受體蛋白替換了釀酒酵母或面包酵母的天然細胞表面受體。他們首先建立了一種生物傳感器，用于檢測白色念珠菌，這是一種天然存在于人體腸道中的人類真菌病原體(一種酵母)，但如果人口失控，可能會導致嚴重的醫(yī)療問題甚至死亡。

在將面包酵母的天然受體替換為白色念珠菌之后，研究人員隨后改變其??DNA以生產(chǎn)番茄紅素，番茄紅素是負責番茄紅色的色素。這使得工程酵母在存在靶分子時變成紅色，在這種情況下是白色念珠菌真菌信息素。

該實驗取得了突破性的成功。當暴露于真菌目標時，傳感器變?yōu)榧t色。該團隊開發(fā)了一種僅使用酵母的功能性，簡單，高度特異的單組分傳感器。

接下來，研究人員成功地測試了他們的檢測能力，檢測了另外十種主要病原體，包括巴西球菌(Paracoccidioides brasiliensis)，一種影響鼻腔，鼻竇和皮膚粘膜的進行性熱帶病的真菌，以及導致灰霉病的灰霉病菌(Botrytis cinerea)。全球大量減產(chǎn)。在每種情況下，測試都能準確地運行，而不會犧牲任何其他顯著更昂貴的測試所能達到的靈敏度和特異性。

通過手動操作分析，該團隊著手使其具有多功能性和用戶友好性，設計一步式快速試紙原型，就像家庭妊娠試驗一樣，可用于復雜樣品，包括全血，血清，水，尿液和土壤。

康沃什說：“合成生物學領域的新研究使我們能夠利用活細胞開發(fā)比過去更加具體和有用的工具。”“我們的化驗可以廉價制造，經(jīng)濟地大規(guī)模生產(chǎn)，作為家庭使用的穩(wěn)定干燥產(chǎn)品廣泛分布，強力應用于復雜樣品，不依賴于冷鏈儲存，并且可以很容易地被眼睛檢測到額外的設備，使其成為全球病原體監(jiān)測的一個引人注目且完全可行的工具。這對人類健康，糧食安全，生物恐怖主義和生物多樣性的維護至關重要。“

哥倫比亞團隊目前正與全球衛(wèi)生非營利組織和全球研究，技術，發(fā)展和公民團體進行對話，以確定特定國家的需求。他們相信他們的傳感器有更多應用，包括用于病毒和細菌檢測，以及霍亂的生物傳感器，霍亂是一種潛在致命的腹瀉病，由攝入食物或被霍亂弧菌污染的水引起，正在研究中協(xié)助非洲監(jiān)督工作。

康沃什說：“我們現(xiàn)在看到的可能性是無限的。”“我們剛剛打開了這項令人興奮的新技術的大門。這是一個充滿潛力的旅程的開始。”

康沃爾的學生研究團隊是Nili Ostrov，Miguel Jimenez和Sonja Billerbeck的共同作者。其他合著者是：James Brisbois和Joseph Matragrano，也是哥倫比亞大學;和哥倫比亞大學Mailman公共衛(wèi)生學院的Alastair Ager，以及英國愛丁堡瑪格麗特女王大學全球健康與發(fā)展研究所。