나노 입자 및 약물을 운반하는 엔지니어링 박테리아

바이러스와 악성 세포를 공격하는 우리의 혈관을 헤엄 치는 작은 로봇 은 공상 과학과 과학을 구분하는 선을 넘어 가지 못했지만 개발을 시작하는 방법이있을 수 있습니다. 

혈액 세포보다 작은 민첩한 로봇을 설계하는 것은 매우 어려운 일입니다. 처음부터 그것들을 설계하는 대신, 일부 과학자들은 이미 우리가 처분 할 수있는 정교한 나노봇 군대를 모집하는 아이디어를 실험 해 왔습니다 : 수천 종의 박테리아지금 우리 몸 안에 모여 들었습니다. 최근 몇 년간 연구원들은 유용한 나노 입자와 DNA 조각으로 미생물을 안장했습니다. 연구는 예비 단계이지만 일부 엔지니어와 미생물 학자들은 실현 가능한 잠재력을보고 있습니다. 이번 주 샌디에고에서 열린 미국 화학 학회 (American Chemical Society) 연례 회의에서 존스 홉킨스 대학교 (Johns Hopkins University)의 생체 분자 엔지니어 David Gracias 는 자신과 동료들이 나노 입자를 박테리아에 접착시키는 과정에서 진행 한 과정에 대해 논의했습니다. 

지금까지 Gracias와 그의 동료들은 대장균 을 니켈로 만든 주석과 금으로 코팅 된 주석으로 만든 아주 작은 구슬, 막대 및 초승달로 장식했습니다. 각 나노 입자약 300 나노 미터, 또는 나무 연기 입자 크기의 3 배입니다. 연구자들은 박테리아와 나노 입자를 부착 항체면역계가 외래 세포, 바이러스 및 유해 박테리아를 식별하는 데 사용하는 작은 Y 형 단백질입니다. 각 항체는 퍼즐 조각처럼 침입 병원체의 표면에있는 다른 단백질의 배열에 맞습니다. 항체는 또한 일반적으로 다른 종의 다른 항체에 고정 될 수 있습니다. Gracias와 그의 동료들은 먼저 염소와 토끼의 항체로 나노 입자를 코팅 한 다음, 보완적인 항체로 박테리아를 코팅했다. 그들이 나노 입자의 용액에 박테리아를 담그고 혼합물을 가열했을 때, 구슬, 막대 및 초승달 모양이 박테리아에 달라 붙었습니다. 이것은 많은 럭키 참 마쉬멜로 우가 젖은 숟가락 밑면에 달라 붙었습니다.

Gracias와 그의 동료들은 작은 도킹 스테이션에서 박테리아를 나노 입자로 로딩하고 필요에 따라 방출하는 방법을 고안했다. 먼저 그들은 Y 자형 항체로 작은 정사각형의 실리콘과 금을 덮었 고, 보완적인 항체로 점이 찍힌 작은 구슬을 붙였습니다. 그런 다음 그들은 기다리는 구슬에 또 다른 상보 적 항체를 제공하는 박테리아를 도입했습니다. 예상대로, 그들은 벨크로처럼 쥐었습니다. 녹는 화학 물질이 도킹 스테이션에서 박테리아와화물 비드를 분리했습니다.

나노 입자로 안장 된 많은 박테리아는 여전히 방해받지 않은 형제들만큼 빨리는 아니지만 여전히 자유롭게 움직일 수있었습니다. 그러나 때로는 배낭을 치는 박테리아가 원으로 회전하여 앞으로 나아갈 수 없었습니다. Gracias는“이것은 확실히 진행중인 작업이다. "현재 우리는 주로 나노 입자의 크기와 모양을 바꾸고 그것들을 고착시키는 데 중점을두고 있습니다."

이러한 나노 입자는 적외선으로 멀리서 가열되어 병든 조직을 파괴 할 수있다. 궁극적으로 Gracias는 동종 박테리아가 약물에 담근 해면상 나노 입자를 찌르고 국소 온도와 pH를 측정하는 작은 센서 또는 단일 세포에서 수술을 수행하는 작은 도구로 박테리아를 꾸미는 꿈을 꿉니다. 다른 과학자들에 의한 유사한 연구는 조작 된 박테리아가 의료용 패키지를 살아있는 세포로 직접 전달할 가능성을 확인시켜줍니다. 

에서 초기 작업 , 미르 아킨 스탠포드 대학의와 그의 동료들은 약화로 DNA의 분자를 부착하는 항체 및 나노 입자를 사용 리스테리아 에 대한 책임 박테리아입니다 식중독의 많은 경우 . L. monocytogenes세포 내 박테리아이며, 이는 동물 세포 내부로 들어가는 방법이 진화되었음을 의미합니다. Akin은 반딧불이 빛나게하는 효소를 코딩하는 루시퍼 라제 유전자를 L. monocytogenes에 부착 하여 생쥐에 세균을 주입했습니다. 3 일 후 마우스가 특수 카메라 아래에서 빛을 내면서 박테리아가 마우스의 세포에 들어갔을뿐만 아니라 세포핵이 박테리아의화물을 통합하여 유전자를 발현했음을 확인했습니다. Akin은 살아있는 마이크 로봇이 포유류 세포 내에서 DNA 패키지를 방출하도록 설계했는데, 여기서 pH는 루시 페라 제 유전자를 박테리아에 접착시키는 화학적 결합을 용해시키기에 충분히 낮습니다 (산성). L. monocytogenes

의 장점세포에 들어가는 방법을 알고 있지만 약화 된 버전조차도 의료 인력으로 사용하는 것이 위험 할 수 있습니다. 대조적으로, 대장균은 훨씬 더 무해하지만, 모든 균주가 세포로 들어가기위한 특정한 적응을 갖는 것은 아니다. 위스콘신 대학교 매디슨 대학의 더글러스 웨이 벨 (Douglas Weibel)은이 키 가 강한 수영 자이며 포유 동물 세포로 들어가는 데 아무런 문제가없는 무해한 미생물을 연구하고 있다고 말한다 . 에서 실험 그들이 크게 재미를 실시, Weibel은 조지 Whitesides 하버드 대학과 동료라는 단일 셀 녹조류에 나노 크기의 폴리스티렌 비즈를 멍에 인 Chlamydomonas reinhardtii에서. Weibel과 Whitesides는 조류 세포의 한쪽에 빛을 비추어 "마이크로 옥센"을 성공적으로 조종했습니다 (조류는 빛을 향해 움직입니다). 

그 후 Weibel은 나노 입자를 페리로 태우는 공학적 미생물의 도전을 추구하지는 않았지만, 현재 진행중인 연구에 매료되어 있습니다. "박테리아는 이미 몸에서 어떻게 움직 일지 알아 냈습니다." "그들은 놀라운 운동성을 발전 시켰습니다. 그들은 환경의 변화를 감지하고 짧은 시간에 적응할 수있을뿐만 아니라 유 전적으로도 적응할 수 있습니다. 우리가 그것들을 인체에 전달할 수는 없지만, 그들은 실험실에서 나노 입자를 운반하는 데 유용합니다. 앞으로 50 년 동안 어떤 발전이 있을지 누가 ​​알겠습니까? "