学生利用合成生物学创建低成本诊断工具

“合成生物学”听起来似乎是一个矛盾的术语，但多伦多大学研究生贾斯汀·维加尔相信它可以改善世界各地人们的健康和生活。

合成生物学是一个相对较新的研究领域，它应用工程原理来重建功能齐全的生物系统。就Vigar而言，他正在使用该方法开发快速、低成本的诊断工具来对抗传染病，并获得了新兴和大流行感染联盟(EPIC)的博士奖，该联盟是多伦多大学的几个机构战略举措之一。

如今，诊断许多传染病的黄金标准是实时逆转录定量PCR(RT-qPCR)，它既灵敏又特异，足以检测患者样本中的少量特定微生物。

然而，该过程复杂，需要昂贵的设备和材料，并且必须由训练有素的人员进行。

“我们经常谈论南美洲和南半球其他国家，但在加拿大的大部分地区，包括我长大的阿尔伯塔省农村地区，都无法使用RT-qPCR，”四年级博士生Vigar说道。与莱斯利丹药学院副教授KeithPardee合作。

在COVID-19大流行期间，缺乏RT-qPCR检测尤为明显，当时许多低收入和中等收入国家由于缺乏基础设施和专业知识而难以追踪SARS-CoV-2在其境内的传播以及为其公民及时进行RT-qPCR检测的资源。

快速抗原测试有助于填补这一空白，但它们不那么敏感，并且无法轻松扩大规模以同时处理数百个样本。

Vigar说：“我们希望通过构建真正易于使用的工具来填补这一空白，这些工具可以快速筛查COVID-19和其他感染，这将是介于快速抗原测试和RT-qPCR之间的一种工具。”

为此，他和他的实验室同事正在利用合成生物学创建一个可定制的纸质平台，该平台使用带有嵌入式遗传电路的口袋大小的纸条。该电路是通过将蛋白质和其他分子成分直接冷冻干燥到纸上构建的，这些分子成分起到放大器和传感器的作用。患者样本经过最低限度的处理以提取遗传物质并直接应用于纸张上。

如果患者样本中含有感兴趣的病原体的遗传物质，它将触发电路打开并在纸上产生肉眼可以发现的颜色变化。

Pardee的团队已经证明了其纸质诊断工具在巴西2015-2016年寨卡病毒爆发期间以及最近的COVID-19大流行期间加强疾病监测方面的有效性。

现在，Vigar正在与其他拉丁美洲国家和印度的合作者合作，扩大该诊断工具的使用范围，以监测其他传染病，例如由利什曼原虫引起的登革热和利什曼病。

“我们的系统在多伦多和我们的几个合作国家运行得很好，但现在的挑战是采购嵌入纸张的材料并在其他国家扩大规模，”维加尔说。

虽然Vigar很容易在多伦多获得组件并制造纸质设备并将其运送给世界各地的合作者，但他的最终目标是使他们能够在当地制造和分销这些合成生物学工具。

“我们需要与其他国家的研究人员合作建立一个网络，使他们能够获得这些试剂和材料，这样他们就不再依赖我们将其运送给他们。然后他们将能够建立自己的管道来检测他们感兴趣的病原体和疾病。”

去年夏天，维加尔在智利待了两周，帮助当地研究人员测试他们自己的纸质测试的可重复性。帕迪的实验室最近还接待了来自哥伦比亚洛斯安第斯大学的两名访问学生，以学习构建低成本设备的过程。

维加尔表示，除了监测人类传染病之外，纸质平台还被用来回答其他重要问题，例如追踪农业害虫的传播或濒危物种的移动。

Vigar对合成生物学和确保公平获得新生物技术的热情超出了实验室范围。

他是《联合国生物多样性公约》(UNCBD)的积极代表，该公约包括两项有关合成生物学和生物技术相关生物安全和利润分享的国际协议。

作为2018年在埃及沙姆沙伊赫和2022年在蒙特利尔举行的《联合国生物多样性公约》缔约方大会(COP)的与会者，他向与会者介绍了合成生物学，并分享了他对低成本诊断如何改善人们生活的看法世界各地。

“这些技术非常强大，但它们的使用地点和方式受到限制。我们希望让它更容易获得——如果我们共同努力实现这一目标，它将惠及更多的人。”