A NEW BIOSENSOR BASED ON CATASTROPHIC PROTEIN CHANGES

基于灾难性蛋白质变化的新型生物传感器

基本信息

  • 批准号:
    7907049
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-05-17 至 2010-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): This Phase I project will test the idea that mechanostress-sensitive, fluorescent polymers can detect structural changes induced in proteins following reaction of the protein with small molecule inhibitors. This concept will be tested and proven using recombinant acetylcholinesterase (AChE) an enzyme that is known to undergo catastrophic denaturation when it reacts with organophosphate (OP) inhibitors. The scientific and technical merits of the idea will be tested in this Phase I period, and optimized to define a course of action for a Phase II project. The long-term goal is to develop and commercialize an entirely new class of polymeric sensors based on catastrophic denaturation. In Phase I, we will attach or place rAChE onto structurally reactive polymer film sensor elements in a manner that retains the enzyme's activity. The rAChE-film will be exposed to OP inhibitors causing the protein to respond structurally. This enzyme-inhibitor denaturation process causes a corresponding structural change in the attached reactive thin film, which results in a fluorescent/color change in the polymer that can be detected visually or though instrumental measurements. The principle challenges for this Phase I project are to determine: (a) if rAChE can be attached or inserted onto a biological matrix or polymeric surface containing a structural response element, and (b) if rAChE retains function when attached to the film and is inhibited when exposed to OP compounds. Project advantages are that ATERIS Technologies has developed polymeric response elements, has over three decades of experience with AChE and OP-AChE interactions including the production of recombinant protein. ATERIS will use these combined areas of expertise to accomplish the following milestones: AIM 1. Attach rAChE (test species) and natural AChE (control) to a model surface membrane (liposome) and ATERIS' polydiacetylene (PDA) thin film and optimize the attachment to retain enzyme function. AIM 2. Visualize a color or fluorescence change resulting from the reaction of PDA thin film coated- rAChE or liposome embedded rAChE with an OP insecticide oxon. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: There are 150,000 and 300,000 toxicity incidences reported yearly in the US for exposure to organophosphate (OP) insecticides and millions treated worldwide. Structurally similar OP chemical nerve agents continue as a threat to civilian and military personnel and can compromise public health, injure or fatally harm humans. Realization of the proposed sensor device will allow for rapid assessment of environmental or military OP exposure.
描述(由申请人提供):该第一阶段项目将测试机械应力敏感的荧光聚合物可以检测蛋白质与小分子抑制剂反应后诱导的结构变化的想法。这一概念将使用重组乙酰胆碱酯酶 (AChE) 进行测试和证明,这种酶与有机磷酸酯 (OP) 抑制剂反应时会发生灾难性的变性。该想法的科学和技术优点将在第一阶段进行测试,并进行优化以确定第二阶段项目的行动方针。长期目标是开发并商业化基于灾难性变性的全新一类聚合物传感器。在第一阶段,我们将以保留酶活性的方式将 rAChE 连接或放置到结构反应性聚合物薄膜传感器元件上。 rAChE 膜将暴露于 OP 抑制剂,导致蛋白质发生结构反应。这种酶抑制剂变性过程会导致附着的反应性薄膜发生相应的结构变化,从而导致聚合物发生荧光/颜色变化,这种变化可以通过视觉或仪器测量来检测。该第一阶段项目的主要挑战是确定:(a) rAChE 是否可以附着或插入到包含结构响应元件的生物基质或聚合物表面上,以及 (b) rAChE 在附着到薄膜上时是否保留功能并且当暴露于 OP 化合物时会受到抑制。项目优势在于 ATERIS Technologies 开发了聚合物响应元件,在 AChE 和 OP-AChE 相互作用(包括重组蛋白的生产)方面拥有三十多年的经验。 ATERIS 将利用这些综合专业领域来实现以下里程碑: 目标 1. 将 rAChE(测试物种)和天然 AChE(对照)附着到模型表面膜(脂质体)和 ATERIS 聚二乙炔 (PDA) 薄膜上并优化附着以保留酶的功能。目标 2. 观察 PDA 薄膜包被的 rAChE 或脂质体包埋的 rAChE 与 OP 杀虫剂 oxon 反应产生的颜色或荧光变化。 公共卫生相关性:美国每年报告 150,000 起和 300,000 起因接触有机磷 (OP) 杀虫剂而中毒的事件,全世界有数百万人接受治疗。结构相似的 OP 化学神经毒剂继续对平民和军事人员构成威胁,并可能危害公众健康、对人类造成伤害或致命。所提出的传感器设备的实现将允许快速评估环境或军事OP暴露。

项目成果

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