护理点测试破解了无细胞蛋白质检测的代码

佐治亚理工学院的化学和生物分子工程师开发了一种即插即用平台，该平台简单、灵活、易于使用，无需昂贵的实验室设备，用于检测疾病的蛋白质生物标志物

他们的工作可能会开启新一轮的家庭检测选择，并在世界上医疗资源稀缺的地区提供新的诊断能力

该测试平台填补了使用无细胞合成生物学进行疾病检测的空白。现有的无细胞工具已被证明能有效测量DNA、RNA和其他小分子，但不能测量蛋白质。这是一个重要的进步，因为病毒或细菌中的蛋白质往往比编码这些蛋白质的DNA或RNA序列变化更小。它们也更容易被检测到，因为它们可以在细胞壁的外部或自由漂浮在生物流体中

化学与生物分子工程学院William R.McLain特聘教授Mark Styczynski说：“通过将疾病交给公众来诊断疾病并使医疗保健民主化具有巨大的潜力。你可以对很多人产生重大影响。”

“我从发展中世界的角度考虑了很多，但即使在美国，也存在很多医疗保健不平等现象。研究表明，你的邮政编码可以决定你的预期寿命。你可以考虑撒哈拉以南非洲地区的人或阿巴拉契亚农村的人都受益。他们是需要更多低成本工具的人之一。”Styczynski和由前博士生Megan McSweeney领导的一组研究人员在《科学进展》杂志上发表了他们的测试

他们将其描述为一个模块化的无细胞蛋白质生物传感器平台。无细胞意味着该团队使用细胞中的机器，但在实验室而不是细胞中进行设计；并且是模块化的，因为他们表明他们的平台可以很容易地适应检测各种蛋白质

该工具可以产生类似于游泳池pH试纸的视觉结果，也可以提供更精确的信息供临床或研究实验室使用。

“灵活性是我们最想关注的事情之一，因为我们知道这一功能对于制造这些生物传感器的合成生物学家和工程师来说有多强大，特别是对于蛋白质，”该研究的第一作者、现任斯坦福大学博士后学者McSweeney说。“我们在这里实现的灵活性水平非常惊人。”

在他们的论文中，McSweeney和研究人员成功检测到了营养不良的生物标志物和导致新冠肺炎的SARS-CoV-2病毒的蛋白质。他们在这两种情况下靶向的蛋白质大小差异很大，显示出广泛的潜在用途

实验表明，该测试在人类血清和唾液的混合样本中有效。McSweeney表示，他们预计该传感平台将适用于许多其他生物流体

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Styczynski说：“进行一次侧流测试可能需要数年的开发和潜在的数百万美元，这就是你在家进行的新冠肺炎测试。”。这就是为什么他们的平台如此强大：改变目标就像改变一些成分一样简单，不需要优化测试协议或重新设计测试的所有部分

他说：“我们可以很容易地把这些换掉，然后我们就不必担心其他疯狂的、价值数百万美元的开发项目。这很有效。”

怎么办？研究人员使用RNA聚合酶，它可以打开和关闭基因。他们将其中的两块附着在本质上非常简单的抗体上。这些抗体旨在发现并结合特定的蛋白质。当它们这样做时，现在彼此相邻的RNA聚合酶片段将连接起来

当它们“点击”在一起时，RNA聚合酶会激活一种酶，使染料分子变色。在最简单的测试中，找到目标蛋白质会产生一系列颜色——从黄色到橙色，从红色到深紫色——这取决于蛋白质的含量

对于实验室版本的测试，结果可能是荧光输出，可以插入实验室设备进行更详细的分析

McSweeney说：“我们还希望将这项技术构建为一种功能齐全的技术，足以供拥有先进实验室设备和资源的人使用。”。“我认为，我们的平台足够灵活，可以满足这些人的需求，有可能提高他们的吞吐量、一致性和数据质量。”

该测试的模块化也为在灾难、第一反应和军事环境中使用提供了可能性。Styczynski建议该平台可以成为这些场景的现场工具包，受过一些培训的技术人员可以很容易地在飞行中混合测试的元素来检测各种病原体或生物标志物。该套件将包含许多原材料和一套“食谱”。

McSweeney和Styczynski与前佐治亚理工学院博士生Monica McNerney一起申请了他们方法的专利。研究团队还包括博士生Alexandra Patterson和Kathryn Loeffler，本科生研究员Regina Cuella Lelo de Larrea，以及Garry Betty/V基金会主席和Ravi Kane教授

研究人员继续开发该工具。他们正在努力检测更低水平的靶蛋白，并使测试平台更加用户友好。例如，他们的初步工作表明，它可以承受冻干过程，从而不需要特殊的储存或冷藏。但他们表示，需要做更多的工作来确保该测试在长期、真实的条件下保持货架稳定性 More information: Megan A. McSweeney et al, A modular cell-free protein biosensor platform using split T7 RNA polymerase, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ado6280

Journal information: Science Advances