材料

Jun 25, 2023

Nature Communications volume 14、記事番号: 4658 (2023) この記事を引用

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

物質ベースの戦略は、生物の機能進化を促進する上で幅広い注目を集めています。 病原性水系ウイルスを除去する操縦可能なバイオ人工生物の設計を目指して、私たちは、半人工の特異的なウイルス除去細胞小器官 (VSO) を備えた単細胞微生物であるゾウリムシ・コーダタム (Para) を設計します。 ウイルス捕捉抗体 (MNPs@Ab) で修飾された Fe3O4 磁性ナノ粒子は、摂食中にパラの液胞に組み込まれて VSO を生成し、遊泳能力を損なうことなくパラの内部に持続します。 捕捉特異性がなく、不活化効率が低い天然パラと比較して、VSO 設計パラ (E-パラ) は水系ウイルスを特異的に収集し、VSO 内に閉じ込めます。捕捉されたウイルスはペルオキシダーゼ様ナノ粒子により完全に不活化されます。 Fe3O4 は、VSO の酸性環境内でウイルスを殺すヒドロキシルラジカル (・OH) を生成します。 処理後、磁化された E-Para は容易にリサイクルおよび再利用できるため、さらなる汚染が回避されます。 材料ベースの人工細胞小器官は、天然パラを生きたウイルススカベンジャーに変換し、余分なエネルギーを消費することなく水系ウイルスの除去を促進します。

機能性ナノ材料と生物の統合は、対応可能な生物学的応答性と広範な応用の可能性を備えた生物の機能進化を促進することができるため、生物医学 4、5、6、マイクロロボット製造 7、8、9、エネルギー変換 10 において広範な注目を集めています。 、11および環境科学12。 興味深いことに、走磁性細菌 (MTB) は、磁性材料を使用して自身の生物学的機能を調節する生物の典型的な例です 13,14。 MTB は、脂質二重層に包まれた磁性ナノ粒子を含むマグネトソームとして知られる細胞小器官を特徴とし、MTB の走磁性と生存に重要な役割を果たします 15,16。 注目すべきことに、マグネトソームのコンパートメントは、小胞と細胞環境の間の pH または酸化還元電位を区別するための電位ゲートとして機能します 17。 MTB からインスピレーションを得た動的な細胞内コンパートメントは、細胞内環境における相対的な安定性を維持しながら生物学的クリアランスを遮断できるため、物質の統合に有利であり、生物改変の重要な要素となります。 しかし、生物の物質に基づく進化は幅広い学際的な関心を集めているにもかかわらず、上記の物質に統合された細胞小器官を作製するために必要な戦略は依然として十分に活用されていない。

原生生物は、水生環境におけるウイルスの最も重要な草食動物です。 これらは生物学的廃水の効果的な制御において重要な役割を果たします18,19。 水環境問題に対処するために繊毛虫を利用する試みがなされてきた20。 しかし、原生生物によるウイルスの食害に対する感受性は、ウイルスの種と疎水性に大きく依存します21。 水系ウイルスの治療に原生生物を使用することが期待されているにもかかわらず、その除去率は機構的な洞察が不足しているため、4桁未満に制限されています。 さらに重要なことは、ウイルスの不活化効率が低いため、原生生物は摂取したウイルスを不活化処理から守るウイルスの貯蔵庫としても機能する可能性があり22、これにより水系ウイルスの感染リスクが高まります。 世界保健機関のデータによると、逆浸透（RO）、限外濾過（UF）、ナノ濾過（NF）、塩素処理などの膜濾過および消毒技術23が数十年に渡って開発されてきたにもかかわらず、ウイルスによって引き起こされる水系感染症は依然として世界中で発生しています。 UV/オゾン (補足表 1)24,25,26,27。 従来の技術とは対照的に、我々は、原生生物に水系ウイルスを特異的に捕捉して排除する能力を与えるバイオ人工ウイルス捕捉細胞小器官（VSO）の設計を提案する。