Research press release

合成生物学:病原体検出用のウエアラブル核酸バイオセンサー

Nature Biotechnology

Synthetic biology: Wearable nucleic acid biosensors for pathogen detection

布地に埋め込まれた核酸バイオセンサーによって、細菌性病原体や、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-CoV-2)などのウイルス病原体が検出できることを報告する論文が、今週、Nature Biotechnology に掲載される。この技術を取り入れることで、プライマリー・ケアの現場のような病原体曝露のリスクの高い環境で働く人々のために、診断機能を備えたマスクを作れる可能性がある。

合成生物学の手法を使うことによって、高い感受性と精度で病原体を検出できる核酸バイオセンサーを設計できる。病原体の核酸を検出できる遺伝的にコードされた回路を含むこのような診断ツールは、従来、ポイント・オブ・ケアの現場において昔ながらのやり方でSARS-CoV-2のような病原体の検出に使用されてきた。ただ、こういった病原体感知回路を凍結乾燥し、衣服に使われる柔軟性のある素材に埋め込んだ例がいくつか存在する。これまでの例では、布地は病原体感知能力のある細菌を封入することによって作られていたが、遺伝子操作した細菌を封入し、維持するのは難しい。無細胞の合成生物学センサーなら、こういった制約を克服できる。

今回、James Collinsたちの研究チームは、CRISPR技術を用いて、凍結乾燥した無細胞のウエアラブル合成生物学センサーを製作した。このセンサーは、再び水分を与えると活性化されて、ウイルス特異的な遺伝物質の存在を知らせる。Collinsたちは、このウエアラブルセンサーが、最も標準的な実験手法の性能に匹敵することと、シリコンエラストマーや布地のような柔軟性のある素材に組み込んで、標的病原体への曝露とその変化をリアルタイムで監視できることを実証した。このセンサーをマスクに織り込めば、空気中のSARS-CoV-2を検出することも可能になる。

合成生物学センサーをウエアラブルな布地にうまく織り込めたことは、生物医学やさらにそれ以外の分野にも応用できる、多機能なスマート衣服の作製に向けた第一歩となるだろう。

Nucleic acid biosensors embedded in textiles can detect bacterial or viral pathogens—including SARS-CoV-2—according to a paper published in Nature Biotechnology this week. The technology could be incorporated into face masks with diagnostic capabilities for those working in environments that present a high risk of pathogen exposure, such as primary care settings.

Using synthetic biology approaches, nucleic acid biosensors that detect pathogens can be designed with high sensitivity and accuracy. Such diagnostic tools, which contain genetically encoded circuits for the detection of pathogen nucleic acids, have conventionally been used to detect pathogens like SARS-CoV-2 in traditional formats in point-of-care settings. However, a few examples exist where these pathogen-sensing circuits have been freeze-dried and embedded in flexible materials for use in apparel. Previous textiles have been created by encapsulating bacteria with sensory capabilities, yet engineered organisms are challenging to integrate and maintain. Cell-free synthetic biology sensors overcome these limitations.

James Collins and colleagues manufactured a set of wearable, freeze-dried, cell-free synthetic biology sensors that use CRISPR technology. They are activated by rehydration and report the presence of virus-specific genetic material. The authors demonstrate that these wearable sensors match the performance of gold-standard laboratory methods and can be integrated into flexible substrates, such as silicone elastomers and textiles, for real-time dynamic monitoring of target pathogen exposure. This technology can even be woven into a face mask to make it capable of detecting airborne SARS-CoV-2.

The successful integration of synthetic biology sensors within wearable fabrics signifies a first step towards the manufacturing of multifunctional, smart apparel for biomedical applications and beyond.

doi: 10.1038/s41587-021-00950-3

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

メールマガジンリストの「Nature 関連誌今週のハイライト」にチェックをいれていただきますと、毎週最新のNature 関連誌のハイライトを皆様にお届けいたします。

「注目のハイライト」記事一覧へ戻る

プライバシーマーク制度