康奈尔大学的研究人员开发出一种创新的生物电装置，能够通过模仿微芯片上的感染过程来检测和分类冠状病毒的变体。

这种设备使用生物膜来模拟细胞环境，可以迅速确定每种变异的潜在威胁程度，也可以适应流感和麻疹等其他病毒，为早期提供快速有效的工具病毒表征和反应。

康奈尔大学的科学家们开发了一种生物电装置，可以检测和分类冠状病毒的新变种，以识别最有害的变种。它也有可能对其他病毒起同样的作用。

先进病毒检测技术

这种传感工具使用的是一种被称为生物膜的细胞膜，它安装在微芯片上，重现了感染的细胞环境和生物步骤。这使研究人员能够快速地描述所关注的变体，并解析驱动疾病传播的机制，而不会被生命系统的复杂性所困扰。

“在新闻中，我们看到这些担忧的变体周期性地出现，比如delta、omicron等，这让所有人都感到不安。人们的第一个想法是，‘我的疫苗能覆盖这种新变种吗?我该有多担心呢?’”化学工程教授，7月3日发表在《Nature Communications》上的论文的资深作者Susan Daniel说。“我们需要一段时间来确定一种变异是真正引起关注的原因，还是只是失败了。”

生物芯片平台的独特功能

虽然从细胞到细胞器和类似器官的结构，许多生物元素已经被放在微芯片上，但这个新平台与那些设备不同，因为它实际上概括了导致单个细胞细胞膜感染启动的生物线索和过程。实际上，它欺骗了一个变体，使其表现得好像它是在潜在宿主的实际细胞系统中一样。

Daniel说:“一种变异在生物膜层传递其基因组的能力与该变异感染人类的能力之间可能存在潜在的相关性。如果它能够非常有效地释放其基因组，也许这是一个指标，表明我们应该密切监测这种变体，或者制定一种包含它的新疫苗。如果它不能很好地释放它，那么也许这种担忧的变体是不那么令人担忧的。关键是我们需要迅速对这些变异进行分类，这样我们才能做出明智的决定，我们可以用我们的设备快速做到这一点。这些检测需要几分钟才能运行，而且它是‘无标签’的，这意味着你实际上不需要标记病毒来监测它的进展。”

对病毒研究的潜在影响

因为研究人员能够忠实地重现激活病毒的生物条件和线索，他们也可以改变这些线索，看看病毒如何反应。

Daniel说:“在了解感染如何发生的基础科学以及哪些线索可以帮助或阻碍它方面，这是一个独特的工具。因为你可以解耦反应序列的许多方面，并确定哪些因素促进或阻碍感染。”

不同病毒之间的适应性

只要研究人员知道哪种细胞类型有被感染的倾向，以及什么样的生物特性允许特定的感染蓬勃发展，这个平台就可以针对流感和麻疹等其他病毒进行定制。例如，流感需要pH值下降才能触发血凝素，冠状病毒有一种酶可以激活其刺突蛋白。

“每种病毒都有自己的行事方式。你需要知道它们是什么，才能在芯片上复制这种感染过程。但一旦你了解了他们，你就可以建立一个平台来适应这些特定的条件。”

参考文献:“Recreating the biological steps of viral infection on a cell-free bioelectronic platform to profile viral variants of concern” by Zhongmou Chao, Ekaterina Selivanovitch, Konstantinos Kallitsis, Zixuan Lu, Ambika Pachaury, Róisín Owens and Susan Daniel, 3 July 2024, Nature Communications.