재료

Jun 25, 2023

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4658(2023) 이 기사 인용

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물질 기반 전술은 유기체의 기능적 진화를 주도하는 데 광범위한 관심을 끌었습니다. 병원성 수인성 바이러스를 제거하기 위한 조종 가능한 생체 인공 유기체를 설계하기 위해 우리는 반인공적이고 특정 바이러스 제거 소기관(VSO)을 사용하여 단세포 미생물인 Paramecium caudatum(Para)을 설계합니다. 바이러스 포획 항체(MNPs@Ab)로 변형된 Fe3O4 자성 나노입자는 먹이를 먹는 동안 Para의 액포에 통합되어 수영 능력을 손상시키지 않고 Para 내부에 유지되는 VSO를 생성합니다. 포획 특이성이 없고 비효율적인 불활성화를 보이는 천연 파라(E-Para)와 비교하여 VSO 공학 파라(E-Para)는 수인성 바이러스를 특이적으로 모아서 VSO 내부에 가두는데, 여기서 포획된 바이러스는 퍼옥시다제 유사 나노-활성화 효소로 인해 완전히 비활성화됩니다. Fe3O4는 VSO의 산성 환경 내에서 바이러스를 죽이는 수산기 라디칼(OH)을 생성합니다. 처리 후 자화된 E-Para는 쉽게 재활용 및 재사용되어 추가 오염을 방지합니다. 재료 기반 인공 소기관은 천연 파라를 살아있는 바이러스 제거제로 전환하여 추가 에너지 소비 없이 수인성 바이러스 제거를 촉진합니다.

기능성 나노물질과 유기체의 통합은 처리 가능한 생물학적 반응성과 광범위한 응용 전망1,2,3을 통해 살아있는 유기체의 기능적 진화를 촉진할 수 있으며, 따라서 생물의학4,5,6, 마이크로로봇 제조7,8,9, 에너지 변환10에서 광범위한 관심을 끌고 있습니다. ,11 및 환경 과학12. 흥미롭게도 자기주성박테리아(MTB)는 자성 물질을 사용하여 자신의 생물학적 기능을 조절하는 유기체의 전형적인 예입니다. MTB는 자기주성 유지와 MTB15,16의 생존에 중요한 역할을 하는 지질 이중층으로 둘러싸인 자성 나노입자를 포함하는 마그네토솜(magnetosome)으로 알려진 소기관을 특징으로 합니다. 참고로, 마그네토솜의 구획은 소포와 세포 환경 사이의 pH 또는 산화환원 전위를 분화하기 위한 잠재적인 게이트 역할을 합니다. MTB에서 영감을 받은 동적 세포내 구획은 유기체 변형의 핵심 요소인 세포내 환경에서 상대적인 안정성을 유지하면서 생물학적 제거를 보호할 수 있기 때문에 물질 통합에 유리합니다. 그러나 유기체의 물질 기반 진화가 광범위한 학제간 관심을 끌었음에도 불구하고 위에서 언급한 물질 통합 세포소기관을 제작하는 데 필요한 전략은 여전히 ​​부적절하게 활용되고 있습니다.

원생생물은 수생 환경에서 가장 중요한 바이러스 포식자입니다. 그들은 생물학적 폐수의 효과적인 통제에 필수적인 역할을 합니다18,19. 물 환경 문제를 해결하기 위해 섬모를 사용하려는 시도가 있었습니다20. 그러나 원생동물이 방목하는 바이러스에 대한 감수성은 바이러스의 종과 소수성에 크게 좌우됩니다21. 수인성 바이러스를 치료하기 위해 원생생물을 사용하겠다는 약속에도 불구하고 기계적 통찰력이 부족하기 때문에 제거율은 4배 미만으로 제한됩니다. 더 중요한 것은 바이러스 비활성화 효율이 낮기 때문에 원생생물은 섭취한 바이러스를 비활성화 처리로부터 보호하는 바이러스 저장소 역할을 할 수도 있으며22, 이는 수인성 바이러스의 전염 위험을 증가시킵니다. 세계보건기구(WHO)의 데이터에 따르면 역삼투압(RO), 한외여과(UF), 나노여과(NF), 염소처리 등 막 여과 및 소독 기술23이 수십 년간 개발되었음에도 불구하고 바이러스로 인한 수인성 질병은 여전히 ​​전 세계적으로 발생하고 있습니다. UV/오존(보충 표 1)24,25,26,27. 기존 기술과 달리, 우리는 원생생물에게 수인성 바이러스를 특이적으로 포획하고 제거할 수 있는 능력을 부여하기 위한 생물 인공 바이러스 소거 소기관(VSO)의 설계를 제안합니다.