创新的生物电装置能够模拟感染过程来检测病毒变体并对其进行分类

康奈尔大学的研究人员开发出一种创新的生物电装置，能够通过在微芯片上模拟感染过程来检测冠状病毒变体并对其进行分类。该设备使用生物膜模拟细胞环境，能够迅速确定每种变体的潜在威胁程度，还能适应流感和麻疹等其他病毒，为早期病毒特征描述和响应提供了快速有效的工具。

这种传感工具使用微芯片上的细胞膜（又称生物膜），再现了感染的细胞环境和生物步骤。这样，研究人员就能快速确定相关变体的特征，并解析驱动疾病传播的机理，而不会被生物系统的复杂性所困扰。

"在新闻中，我们看到这些令人担忧的变种定期出现，如 delta、ocmicron 等，这让每个人都有点抓狂。人们首先想到的是，'我的疫苗是否涵盖了这种新变体？我应该有多担心？"化学工程教授、7 月 3 日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的论文的资深作者苏珊-丹尼尔（Susan Daniel）说。"需要花一点时间来确定一种变异是否真的值得关注，或者它是否会就此消失。"

虽然从细胞到细胞器和类器官结构等大量生物元素都已被植入微芯片，但新平台与这些设备不同，因为它实际上重现了导致在单个细胞的细胞膜上引发感染的生物线索和过程。实际上，它能欺骗变体，使其表现得就像在潜在宿主的实际细胞系统中一样。

丹尼尔说："变异体在生物膜层中传递基因组的能力与该变异体感染人类的能力之间可能存在关联。如果它能非常有效地释放其基因组，也许这就是一个指标，表明我们应该密切监测这种令人担忧的变异体，或配制包含它的新疫苗。如果它不能很好地释放基因组，那么这种令人担忧的变体也许就不那么令人担忧了。关键的一点是，我们需要快速对这些变异体进行分类，以便做出明智的决定，而我们的设备可以快速做到这一点。这些检测只需几分钟就能完成，而且是'无标记'的，这意味着你实际上不必标记病毒就能监测其进展。"

由于研究人员能够忠实地再现激活病毒的生物条件和线索，因此他们也可以改变这些线索，了解病毒是如何反应的。

丹尼尔说："就了解感染如何发生以及哪些线索可以帮助或阻碍感染的基础科学而言，这是一种独特的工具。因为可以解耦反应序列的许多方面，并确定哪些因素会促进或阻碍感染"。

只要研究人员知道哪种细胞类型有被感染的倾向，以及特定感染有哪些生物特异性，该平台就能为流感和麻疹等其他病毒量身定制。例如，流感需要 pH 值下降来触发其血凝素，而冠状病毒则需要一种酶来激活其尖峰蛋白。

"每种病毒都有自己的行事方式。我们需要知道它们是什么，才能在芯片上复制感染过程，"丹尼尔说。"但一旦知道了它们，就可以建立平台，以适应这些特定条件。"

编译自/ScitechDaily

DOI: 10.1038/s41467-024-49415-6