Материал

Jun 25, 2023

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4658 (2023) Цитировать эту статью

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Тактика, основанная на материалах, привлекла большое внимание к функциональной эволюции организмов. Стремясь создать управляемые биоискусственные организмы для уничтожения патогенных вирусов, передающихся через воду, мы создаем одноклеточные микроорганизмы Paramecium caudatum (Para) с полуискусственной и специфической органеллой, улавливающей вирусы (VSO). Магнитные наночастицы Fe3O4, модифицированные антителом для захвата вируса (MNPs@Ab), интегрируются в вакуоли Para во время кормления с образованием VSO, которые сохраняются внутри Para, не ухудшая их способности к плаванию. По сравнению с природным Para, который не обладает специфичностью захвата и демонстрирует неэффективную инактивацию, Para (E-Para), созданный с помощью VSO, специально собирает передающиеся через воду вирусы и удерживает их внутри VSO, где захваченные вирусы полностью деактивируются, поскольку пероксидазоподобные нано- Fe3O4 производит убивающие вирусы гидроксильные радикалы (•OH) в кислой среде VSO. После обработки намагниченный E-Para легко перерабатывается и используется повторно, что позволяет избежать дальнейшего загрязнения. Искусственные органеллы на основе материалов превращают природный пара в живого поглотителя вирусов, способствуя удалению вирусов, передающихся через воду, без дополнительных затрат энергии.

Интеграция функциональных наноматериалов и организмов может способствовать функциональной эволюции живых организмов с управляемой биологической реакцией и широкими перспективами применения1,2,3 и, таким образом, привлекает широкое внимание в биомедицине4,5,6, производстве микророботов7,8,9, преобразовании энергии10 ,11 и экология12. Интересно, что магнитотактические бактерии (MTB) являются типичными примерами организмов, которые регулируют свои собственные биологические функции с помощью магнитных материалов13,14. MTB имеет органеллы, известные как магнитосомы, которые содержат магнитные наночастицы, окруженные липидными бислоями, которые играют жизненно важную роль в поддержании магнитотаксиса и выживании MTB15,16. Следует отметить, что отсек магнитосомы действует как потенциальные ворота для дифференциации pH или окислительно-восстановительного потенциала между везикулой и клеточной средой17. Вдохновленные MTB, динамические субклеточные компартменты благоприятны для интеграции материалов, поскольку они могут защищать биологический клиренс, сохраняя при этом относительную стабильность во внутриклеточной среде, что представляет собой ключевой элемент для модификации организма. Однако, хотя эволюция организмов на основе материалов привлекла широкий междисциплинарный интерес, стратегии, необходимые для изготовления вышеупомянутых органелл, интегрированных в материал, остаются недостаточно использованными.

Протисты являются наиболее важными переносчиками вирусов в водной среде. Они играют важную роль в эффективном контроле биологических сточных вод18,19. Предпринимались попытки использовать инфузории для решения проблем водной среды20. Однако восприимчивость вируса к протистам во многом зависит от вида и гидрофобности вируса21. Несмотря на обещание использовать простейших для лечения вирусов, передающихся через воду, скорость их удаления ограничена менее чем на 4 порядка из-за отсутствия понимания механизмов. Что еще более важно, из-за низкой эффективности инактивации вирусов простейшие могут также выступать в качестве резервуара вируса, защищая проглоченные вирусы от инактивационной обработки22, что увеличивает риск передачи вируса, передающегося через воду. По данным Всемирной организации здравоохранения, вспышки заболеваний, передающихся через воду, вызванных вирусами, по-прежнему возникают во всем мире, несмотря на десятилетия развития технологий мембранной фильтрации и дезинфекции23, таких как обратный осмос (ОО), ультрафильтрация (УФ), нанофильтрация (НФ) и хлорирование. УФ/озон (дополнительная таблица 1)24,25,26,27. В отличие от традиционных методов, мы предлагаем создать биоискусственную органеллу, улавливающую вирусы (VSO), чтобы наделить простейших способностью специфически захватывать и уничтожать вирус, передающийся через воду.