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So bauen Sie einen intelligenten Blob, der schrumpft, wenn er Viren erkennt
Hier ist eine interessante Idee. Die Bedrohung durch virale Krankheitserreger wie Vogelgrippe, Hepatitis B und HIV stellt eine klare und gegenwärtige Gefahr dar. Daher werden billige und einfache Tools zum Erkennen dieser Viren dringend benötigt, insbesondere in den Entwicklungsländern, wo die Bedrohung akut ist, aber das Geld knapp ist.
Treten Sie ein, Jaeoh Shin und seine Freunde von der Universität Potsdam in Deutschland, die sagen, dass es möglich ist, einen solchen Virusdetektor mit wenig mehr als ein paar DNA-Strängen zu bauen, die in einen Klumpen Hydrogel gemischt werden. Dieser „intelligente“ Klecks würde schrumpfen, wenn das fragliche Virus in der Nähe war, und ein deutlich sichtbares Signal geben, dass Vorkehrungen getroffen werden müssen.
Hier ist ihr Denken. Biologen wissen seit langem, dass Viren an DNA-Abschnitte binden und dies dazu führt, dass sich die Doppelhelix in zwei Einzelstränge entfaltet oder, wie Biologen es nennen, „schmelzen“. Die Einzelstränge können dann an der Oberfläche des Virus adsorbiert werden, was ihre Gesamtlänge verkürzt. Tatsächlich haben Biologen gezeigt, dass die schmelzinduzierte Kontraktion die Länge des Strangs um bis zu 90 Prozent reduzieren kann.
Die Idee von Shin und Co ist es also, die DNA-Stränge parallel zu dehnen, in Hydrogel einzubetten und dann abzuwarten. Wenn Viruspartikel auftauchen, binden sie sich an die DNA, wodurch diese schmilzt und sich zusammenzieht und auch das Hydrogel schrumpft. Virale Partikel im Hydrogel-DNA-System ... wählen eine makroskopische Kontraktion der Hydrogelmatrix aus, sagen sie.
Um die Idee zu testen, erstellten diese Jungs eine molekulare Simulation der Art und Weise, wie sich ein Virus an DNA bindet und das daraus resultierende Schmelzen und Zusammenziehen. Die Ergebnisse sehen auf jeden Fall vielversprechend aus. Viruspartikel im Hydrogel-DNA-System destabilisieren [Doppelstrang-]DNA und bewirken eine makroskopische Kontraktion, heißt es.
Eine wichtige Frage ist, wie die DNA virusspezifisch gemacht werden kann, damit sie nur auf HIV oder Vogelgrippe oder auf ein anderes spezifisches Virus reagiert. Shin und Co sagen, dass die Viren bevorzugt an Bindungsproteine binden und diese mit DNA verknüpft werden können. Mit ein paar einfachen biochemischen Fummelei sollten sie also in der Lage sein, DNA herzustellen, die sich nur an bestimmte Viren bindet.
Das klingt sicherlich möglich, aber diese Jungs müssen sicher sein, dass das Kontraktionssignal eindeutig vom Zielvirus und sonst nichts ausgelöst wird. Mit anderen Worten, die False-Positive-Rate muss sorgfältig untersucht und kontrolliert werden. Es ist eine interessante Idee, die mehr und sorgfältigeres Studium verdient.
Es hat auch einige erhebliche Konkurrenz. An Ideen zur Erkennung von Viren mangelt es nicht. Der große Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie billig genug wäre, um sie auch in Entwicklungsländern weit zu verteilen.
Und darin liegt die nächste Herausforderung. Nachdem Shin und Co. die Theorie hinter diesen Detektoren entwickelt und ihr Verhalten simuliert haben, müssen sie einen bauen, um zu zeigen, dass er funktioniert. Und das nicht nur im Labor, sondern unter all den extremen Bedingungen von Hitze, Feuchtigkeit und Schmutz, denen Ärzte auf der ganzen Welt regelmäßig ausgesetzt sind.
Es steht außer Frage, dass es möglich sein sollte, DNA-Stränge in Hydrogel einzubetten, um intelligente Blobs herzustellen, die billig und einfach sind. Aber bis Shin beweist, dass die Kleckse so funktionieren, wie sie es erwarten, wird dies nur eine gute Idee bleiben und nicht das potenziell lebensverändernde Produkt, von dem sich diese Jungs eindeutig vorstellen, dass es sein könnte.
Sie haben viel Arbeit vor sich. Wir werden beobachten, wie es ihnen ergeht.
Ref:arxiv.org/abs/1310.5531: Erkennung von Viren durch mechanische Spannung der DNA in reaktionsfähigen Hydrogelen