Новый сенсор на основе пептидов лягушки поможет бороться с бактериями и сохранить дикую природу
Инженеры Принстона разработали сенсор, который может революционизировать тестирование лекарств и медицинских изделий на загрязнение, а также помочь сохранить два вида животных, находящихся под угрозой.
В основе разработки — антибактериальные пептиды кожи африканской шпорцевой лягушки. Эти небольшие цепи аминокислот защищают лягушку от инфекций в дикой природе. Исследователи научились синтезировать эти пептиды в лаборатории и прикреплять их к небольшой электронной микросхеме. Сенсор излучает электрический сигнал при контакте с патогенными бактериями, такими как E. coli и сальмонелла.
«Это надежная, простая платформа. Мы считаем, что эти чипы могут заменить текущий метод тестирования медицинских устройств и лекарств», — говорит Майкл МакАлпайн, ведущий исследователь проекта.
Статья о разработке опубликована 18 октября в Proceedings of the National Academy of Science.
Проблема текущего метода: кровь мечехвоста
Стандартный метод тестирования на загрязнение эндотоксинами уже почти 40 лет использует водный экстракт из клеток крови мечехвоста — Limulus amebocyte lysate (LAL). Амебоциты в его крови, подобно пептидам лягушки, защищают это древнее животное (возраст вида ~450 млн лет) от бактерий в окружающей среде.
Однако у этого метода есть серьезный недостаток:
- Для получения LAL мечехвостов отлавливают и забирают до 30% их крови.
- Смертность после процедуры, по оценкам, может достигать 30%.
- Популяция мечехвостов на атлантическом побережье США (Нью-Джерси — Вирджиния) оценивается всего в 2.3–4.5 млн особей.
Экологическая цепь: мечехвосты и краснозобики
Сокращение численности мечехвостов напрямую угрожает мигрирующим птицам — краснозобикам (red knot).
- Каждой весной эти птицы пролетают 20 000 миль от Огненной Земли (Южная Америка) до залива Делавэр (США), чтобы откормиться яйцами мечехвостов.
- С 2000 по 2002 год популяция краснозобиков на Огненной Земле сократилась с 53 000 до 27 000 птиц.
- Снижение связано с уменьшением количества мечехвостов из-за забора крови для тестов и использования их в качестве наживки.
Хотя такие штаты, как Делавэр, Мэриленд и Нью-Йорк, ввели ограничения на вылов (менее 150 000 в год), а Нью-Джерси — мораторий, популяция краснозобиков в 2009 году (24 000) все еще далека от показателей в 100 000–150 000 особей двадцатилетней давности.
Будущее технологии
Новый электронный сенсор может заменить LAL в качестве стандарта для тестирования на загрязнение, что позволит:
- Отказаться от использования крови мечехвостов.
- Способствовать восстановлению популяций как мечехвостов, так и краснозобиков.
- Не наносить ущерб лягушкам, поскольку пептиды синтезируются искусственно.
«При создании этого сенсора ни одна лягушка не пострадала», — подчеркивает Майкл МакАлпайн.