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Posted in | Nanosensors | Lab on a Chip

Biochip rivela "Impronte digitali" di minacce biochimici

Published on March 23, 2010 at 6:58 PM

Argonne biochimico Daniel Schabacker potrebbe essere considerato un Sherlock Holmes del bioterrorismo. Anche se non portarsi dietro una lente d'ingrandimento tubo e mentre tenta di agguantare il colpevole, ha uno strumento molto più potente deduttivo: il biochip.

Argonne biologo Dan Schabacker carica un biochip su un lettore per l'analisi.

Il biochip offre Schabacker ei suoi colleghi alla Loyola University (Illinois) la possibilità di determinare il "firme" di weaponizable agenti biologici, in particolare l'antrace. Mentre alcuni scienziati hanno utilizzato l'analisi del DNA per identificare il particolare ceppo di antrace, il biochip aiutare gli scienziati e funzionari governativi per imparare l'antrace è stato coltivato, restringendo il bacino di potenziali sospetti. Questo progetto, avviato solo all'interno degli ultimi due anni, esemplifica il campo in rapida crescita della medicina legale microbica.

"Forensics microbica è uno dei maggiori argomenti di antiterrorismo oggi, e una delle più grandi sfide nel trattare con bioterrorismo", ha detto Schabacker. "L'analisi proteomica che siamo in grado di fare con i nostri biochip fornisce un set nuovo e diverso di informazioni sugli agenti biologici che saremmo stati in grado di vedere prima, ma ci possono fornire un'impronta digitale completa dell'organismo che possiamo poi utilizzano per identificare definitivamente la sua origine ".

Secondo Schabacker, analisi del DNA rappresenta quasi la totalità della metodologia che attualmente supporta forense microbica. "Il problema utilizzando solo l'analisi del DNA è che essa dice solo quello che ceppo si sta trattando, e ceppi possono essere condivisi tra più enti o istituzioni. Non ci può essere una dozzina di laboratori che condividono tutti lo stesso ceppo," ha detto. "Il materiale genetico della proteina non cambia in base a come si sviluppa, ma le proteine ​​fare - e che l'informazione è incredibilmente importante".

Perché le proteine ​​patogeno in possesso di un tipo completamente separati di informazioni, Schabacker ritiene che i due approcci perseguito in concerto potrebbe produrre un database completo di antrace culture diverse. "L'obiettivo finale di questo progetto è per noi essere in grado di costruire una libreria di firme per tutte le varietà antrace comune", ha detto Schabacker.

Sviluppate nella prima parte del decennio in origine come strumento diagnostico, un biochip è costituito da un centimetro mediante array un centimetro che contiene ovunque tra alcune decine e alcune centinaia di "punti", o piccole gocce. Ognuna di queste gocce contiene un acido unico proteine, anticorpi o nucleici che si attaccherà ad un particolare reagente.

Gli scienziati ottenere le proteine ​​antrace a riempire i pozzi attraverso un processo chiamato frazionamento. In sostanza, gli scienziati rompere il batterio dell'antrace uso di prodotti chimici e succhiano le proteine. Hanno poi tritare le proteine ​​e utilizzare un altro processo chimico per separare i frammenti di proteine ​​singoli dal loro peso molecolare.

Questo processo crea centinaia di frazioni proteiche separate, che vengono poi organizzati in un biochip singolo contenente ben 96 reti. Una volta che i pozzi del biochip sono pieni di frazioni proteiche, gli scienziati possono quindi utilizzare diverse sostanze chimiche, o reagenti, per testare il microarray come un detective che la polvere per le impronte digitali. Proprio come un'intervista di polizia con un sospetto, questo processo chimico è noto come "interrogatorio". Quando un reagente interagisce con un frammento di proteina particolare, che ben si "accendono" creando parte della firma proteine.

Anche se la tecnologia biochip ha il potenziale per sviluppare firme proteine ​​di quasi qualsiasi agente biologico, Schabacker e Loyola professore Driks Adamo hanno dedicato la loro attenzione iniziale inizialmente per antrace, perché è relativamente facile fabbricati e dispersi.

"L'antrace è un batterio molto perdonare - ci crescono in una serie di condizioni diverse", ha detto Schabacker. "E 'probabilmente il singolo agente patogeno più attraente di scelta ai terroristi che non hanno un sacco di materiale veramente costoso, o competenze."

Un esperto di antrace, Driks e il suo laboratorio ha aperto la strada analisi forense del mantello spore del batterio. Schabacker unito la tecnologia biochip con la tecnologia di frazionamento Eprogen, fornendo un nesso che collega la ricerca del governo, università e industria.

Aiutando gli scienziati rintracciare i terroristi non è usare solo il biochip è. Biochip hanno già mostrato risultati promettenti in medicina diagnostica. Dopo aver sviluppato la tecnologia biochip, Schabacker è concesso in licenza ad aziende, tra cui Eprogen, Inc. a Darien, Illinois e Akonni Biosystems a Frederick, nel Maryland. Invece di guardare antrace, Eprogen ha messo biochip da utilizzare per cercare i biomarcatori tumorali comuni. Che la ricerca potrebbe aprire la porta per i medici di creare "profili di anticorpi" che potrebbe aiutarli a progettare farmaci individualizzati o programmi di trattamento per i pazienti.

Il lavoro Akonni ha fatto si concentra sull'individuazione di altri agenti patogeni - coloro che non sono normalmente associati ad attività terroristiche. Presto, biochip può iniziare presentarsi in numero maggiore a studi medici in tutto il paese, in quanto forniscono diagnosi accurata e rapida di una vasta gamma di infezioni, come quelle causate da tubercolosi multi-resistente (MDR-TB) e le spesso mortale Meticillina aureus resistente alla meticillina (MRSA).

Last Update: 9. October 2011 16:26

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