Недорогой метод обнаружения синтетических каннабиноидов и запрещённых пестицидов
Учёные модифицировали белки, участвующие в естественной реакции растений на стресс, превратив их в основу для инновационных тестов на множество химических веществ, включая запрещённые пестициды и смертельно опасные синтетические каннабиноиды.
Во время засухи растения производят гормон АБК (ABA), который помогает им удерживать воду. Дополнительные белки, называемые рецепторами, помогают растению распознавать и реагировать на АБК. Исследователи из UC Riverside помогли продемонстрировать, что эти рецепторы АБК можно легко модифицировать для быстрой сигнализации о присутствии почти 20 различных химических веществ.
Работа команды по трансформации этих растительных молекул описана в новой статье журнала Nature Biotechnology.
Часто требуется обнаруживать различные молекулы, в том числе те, что вредят людям или окружающей среде. Хотя методы для этого существуют, они часто дороги и требуют сложного оборудования.
«Было бы революционно, если бы мы могли разработать быстрые тест-полоски, чтобы узнать, присутствует ли опасное химическое вещество, такое как синтетический каннабиноид. Эта новая статья даёт другим дорожную карту для этого», — сказал Шон Катлер, профессор биологии растительных клеток UCR и соавтор статьи.
Проблема с синтетическими каннабиноидами — это то, что Катлер называет «регуляторными молотками». Поскольку они отправляют людей в больницы, власти пытались объявить их вне закона. Однако каждый год появляются десятки новых версий, прежде чем их можно будет взять под контроль.
«Наша система может быть настроена на обнаружение лабораторных вариаций каннабиноидов так быстро, как они появляются на рынке», — сказал Катлер.
Исследовательская группа также продемонстрировала, что их тест-система может сигнализировать о присутствии фосфорорганических соединений, к которым относятся многие запрещённые пестициды, токсичные и потенциально смертельные для человека. Не все фосфорорганические пестициды запрещены, но возможность быстро обнаруживать запрещённые может помочь официальным лицам контролировать качество воды без более дорогостоящих анализов в лабораториях.
Для этого проекта исследователи продемонстрировали систему на лабораторно выращенных дрожжевых клетках. В будущем команда хотела бы вернуть модифицированные молекулы обратно в растения, которые могли бы служить биологическими сенсорами. В этом случае химическое вещество в окружающей среде могло бы вызывать изменение цвета листьев или их температуры.
Хотя работа сосредоточена на каннабиноидах и пестицидах, ключевой прорыв здесь — это возможность быстро разрабатывать диагностику для химических веществ с помощью простой и недорогой системы. «Если мы сможем расширить это на множество других классов химических веществ, это большой шаг вперёд, потому что разработка новых тестов может быть медленным процессом», — сказал Ян Уилдон, соавтор исследования и химический инженер UCR.
Это исследование было разработано по контракту с Donald Danforth Plant Science Center для поддержки программы DARPA Advanced Plant Technologies (APT). В команду вошли учёные из Medical College of Wisconsin, Michigan State University и Donald Danforth Plant Science Center в Сент-Луисе. Работа была облегчена благодаря химическому и биологическому инженеру Тимоти Уайтхеду из Университета Колорадо в Боулдере.
Чтобы создать эту систему, исследователи использовали способность растительного гормона стресса АБК включать и выключать молекулы рецепторов. В положении «включено» рецепторы связываются с другим белком, образуя прочный комплекс, который может запускать видимые реакции, например, свечение. Уайтхед, сотрудник по работе, использовал современные вычислительные инструменты, чтобы помочь перепроектировать рецепторы, что было критически важно для успеха работы группы.
«Мы берём фермент, который может светиться в правильном контексте, и разделяем его на две части. Одна часть — на переключателе, а другая — на белке, с которым он связывается», — сказал Катлер. «Этот трюк объединения двух вещей в присутствии третьего химического вещества не нов. Наш прогресс в том, что мы показали возможность перепрограммировать процесс для работы со множеством разных третьих химических веществ».