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细菌生物传感器研究进展

来源:中国科技信息网Chinainfo 2007-03-30 09:22

    据www.eurekalert.org网站2007年3月26日报道,普通的细菌对能引起氧化应激的毒素都会产生一种明显的反应,科学家有望利用细菌的这一特性将其作为预测公共卫生威胁的生物传感器。

    美国化学学会3月25日-29日在芝加哥召开第233次全国会议,届时来自弗吉尼亚科技大学和爱德华通过整骨疗法医学弗吉尼亚学院(VCOM)的研究人员将报告他们在细菌生物传感器原型方面和相关脑组织损伤方面所做的研究工作。

    整骨疗法医学弗吉尼亚学院药理学家贝乌·瑞加林斯基称,许多水中的环境毒素如农药、重金属和多氯化联二苯(PCB)都能通过氧化应激机制产生致命的杀伤力。氧化应激是由被称之为自由基的失衡分子和其他引发氧化作用的分子共同产生的。这些分子的氧化作用会通过带走电子来对细胞和遗传物质造成损害。

    弗吉尼亚科技大学土木工程和环境工程学教授兼生物学副教授的南希·洛芬称,格兰氏阴性异养细菌在有氧化应激的情况下会“吐出”钾。弗吉尼亚科技大学环境工程学研究生,来自日本西宫的考鲁·伊库玛称:“这种异养细菌更像是‘渗出’钾。”然而,你只是对这一过程进行了非科学家方式的描述,这种细菌在有氧化应激的情况下将钾挤出它们细胞的反应被称为谷胱甘肽选通钾流出应激(GGKE)反应。洛芬称:“不管它来自何处,这种典型的细菌都将具有这种反应。但这些特别的细菌确实能吐出钾。”

    瑞加林斯基很高兴听到这样的说法。或许这种谷胱甘肽选通钾流出应激反应可以用于预测动物和人类细胞的潜在危害。从事神经科学特别是脑损伤和老化以及纳米技术研究的瑞加林斯基称:“但细菌与哺乳动物的细胞是不同的。”她说:“我们想要看看人类的细胞(特别是脑细胞)是否会发生同样的事情。我们将细菌作为一种检验的传感器。与使用哺乳动物的细胞例如老鼠脑组织细胞相比,细菌更易于准备和更加坚固。大脑组织对于毒素是最敏感的。我们想将细菌的反应和细胞的反应联系起来,就像气压表一样。”

    伊库玛称:“我们看到它协调得很好。能影响细菌的事物同样也能影响细胞。”使用毒素N-乙基马来酰亚胺作为一种常量,伊库玛和瑞加林斯基正致力于测量和弄清楚在细胞内部谷胱甘肽选通钾流出应激反应与线粒体损伤之间的相互关系。

    弗吉尼亚科技大学材料科学和工程学教授布赖恩·洛芬称:“如果我们能够创造出一个细胞反应的程序库,我们就可能拥有一个总的或特殊的预测器。我们现在还对此一无所知,那是因为我们还没对其他类的细胞进行测试。”布赖恩·洛芬一直在努力帮助科学研究小组实现固定哨兵级细菌的目标,这是生物传感器设计战略的一个重要组成部分。

    南希·洛芬通过找到能够用于在污水净化厂消化废物的有机体来展开微生物研究工作。当她注意到各种各样的毒素使得水里的有用有机体变得不能活动时,她和一名学生就参加了一个由从事激力系统研究工作的微生物学家召开的会议。她称:“我们看出,它们在食品加工过程中的表现与在污水生理系统中的表现存在着一种联系。”她发现人们普遍使用格兰式阴性异养细菌来监测食品加工系统。那为什么不将它们也用于污水处理系统呢?在研究如何将被布赖恩·洛芬称之为“细菌密探”作为一种在污水处理系统里保护微生物的早期预警系统之后,南希·洛芬又开始探寻此项研究的其他应用,从环境里总的水监测到其他生物系统中具体的剂量测定。然后,她遇到了从事神经科学特别是大脑损伤和老化以及纳米技术研究的瑞加林斯基。

    瑞加林斯基称:“它是一个很好的传感器,因为它测量的是生物效应而不是浓聚物。所以,当我们将这种传感器放入水中,我们测量的是氧化性损伤,而不是个别化学品自身的浓聚物。”洛芬称:“这样,我们无需为20种毒素选择20个传感器。我们能够检测出任何氧化毒素的存在。”

    当她开始与洛芬合作进行研究时,伊库玛还是一名弗吉尼亚科技大学生物系本科生。从一名生物学生参与一项土木工程学研究项目到一种工程学学生参与一项生物研究计划,她现在又回到了起点。她将于3月26日发表一篇题为“使用细菌谷胱甘肽选通钾流出应激反应传感器预测氧化毒素对公共卫生的影响”的论文。论文的合著者还包括瑞加林斯基和南希·洛芬。

    此项研究主要由美国国家标准与技术研究院和国家老龄化研究所提供资助。早期资助则来自于美国国家科学基金会和美国环境保护局,后者主要与布赖恩·洛芬进行合作。

    英文原文链接http://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-03/vt-brt031907.php

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