ABD’de yumurta fiyatları, tarihin en kötü kuş gribi salgınlarından biri yaşanmaya devam ederken bir başka rekora daha ulaştı. Ülke genelinde, kuş gribi kümes hayvanları ve süt çiftliklerini kasıp kavururken ve yumurta fiyatlarını yükseltirken fırıncılar ve alışveriş yapanlar alternatifler bulmak için çabaladı.
Bu salgın, daha öncekiler gibi, bizi hazırlıksız yakaladı. Ancak St. Louis’deki Washington Üniversitesi’ndeki bir laboratuvarda, bir mühendis ekibi bir yanıt hazırlıyor.
Washington Üniversitesi’nde enerji, çevre ve kimya mühendisliği profesörü olan Rajan Chakrabarty, “Bu biyosensör türünün ilk örneği” dedi.Ekibi, ölümcül H5N1 kuş gribi virüsünün havadaki parçacıklarını beş dakika içinde tespit edebilen kompakt, taşınabilir bir sistem geliştirdi.
Chakrabarty’nin laboratuvarı başlangıçta kuş gribiyle savaşmak için yola çıkmamıştı. Teknoloji, SARS-CoV-2 parçacıklarını tespit etmek için bir hava örnekleyici olarak başladı. Ancak kuş gribi kuşlardan memelilere ve bazı durumlarda insanlara sıçramaya başlayınca ekip hızla yön değiştirdi.
Chakrabarty, “Bu makale geliştikçe virüs de gelişti; mutasyona uğradı” dedi.Araştırmacı, kuş gribi için geleneksel test yöntemlerinin 10 saatten fazla sürdüğünü fark etti. Bu, devam eden bir salgını durdurmak için çok uzun bir süre. Kuş gribi durumu da önemli ölçüde arttı.
Bu mutasyon kedilerde ölümcül olduğunu kanıtladı ve bu yılın başlarında ABD, H5N1’den en az bir insan ölümü bildirdi. Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri’ne göre, Nisan 2024’ten bu yana 90 milyondan fazla kuş etkilendi ve ABD’de 70 insan vakası doğrulandı.
ABD Tarım Bakanlığı (USDA) yakın zamanda dört eyalette, çoğunlukla Kaliforniya’da süt sığırlarında yeni vakalar bildirdi . CDC hala genel halk için acil riski düşük olarak değerlendirse de, virüsün havadan bulaşması çiftçileri ve halk sağlığı yetkililerini tedirgin etti.
Basitçe söylemek gerekirse, kuş gribi büyük bir sorun haline gelmişti. Bu yüzden Chakrabarty ve meslektaşları daha iyi bir dedektör tasarlamak için yola çıktılar.
Ortak yazarlar Joseph Puthuserry (solda), Yuezhi August Li, Joshin Kumar, Shu-Wen You ve Profesör Rajan Chakrabarty, geliştirdikleri entegre H5N1 örnekleme-algılama ünitesinin yanında. Fotoğraf AIR laboratuvarının izniyle.
Ekibin çözümü hem zarif hem de pratik. Bir masaüstü yazıcının boyutlarındaki makine, çiftlik havalandırma sistemlerinin yakınında durup sürekli olarak havayı örneklemek için tasarlandı. İçeride, gelen havayı yüksek hızlarda döndüren ve virüs parçacıklarının sıvı kaplı duvarlarla çarpışıp yapışmasına neden olan bir oda olan “ıslak siklon biyoaerosol örnekleme cihazı” kullanıyor.
Bu sıvı daha sonra her beş dakikada bir otomatik olarak bir elektrokimyasal biyosensöre pompalanır. Ve tanının gerçekte gerçekleştiği yer burasıdır.
Lisansüstü öğrencisi Joshin Kumar ve kıdemli personel bilim insanı Meng Wu, biyosensörün minik elektrot yüzeyini ince ayarlamak için aylar harcadılar. Amaçları, havadaki metreküp başına 100 kopyadan az olan eser miktarda viral RNA tespit etmekti.
Biyosensör aptamer adı verilen “yakalama probları” kullanır. Bunlar esasen virüs proteinlerine bağlanarak onları işaretleyen tek DNA iplikleridir. Bu sistemin nasıl optimize edilebileceğini görmek için aylarca ince ayar ve deneme yanılma yapıldı. Karbon elektrodu grafen oksit ve Prusya mavisi nanokristallerle kaplayarak elektrik iletme ve viral belirteçlere bağlanma yeteneğini artırdılar. Daha sonra glutaraldehit adı verilen bir bağlayıcı molekül kullandılar. Bununla, virüs proteinlerine özel olarak bağlanan tek DNA ipliklerini (aptamerler) bağlamayı başardılar.
Kumar, bu kombinasyonun sensörün hassasiyeti ve duyarlılığının ardındaki “gizli sos” olduğunu açıkladı. Bir aptamer bir H5N1 virüs partikülüne bağlandığında, virüsün varlığını ve konsantrasyonunu doğrulayan bir elektrik sinyali tetikler.
Laboratuvardan ahıra
Sensörün kendisi ne kadar karmaşık olsa da, aslında kullanımı basittir. Hantal laboratuvar aletlerinin aksine, bileşenler de uygun fiyatlı ve ölçeklenebilirdir. Ekip, cihazı ticarileştirmek için halihazırda St. Louis’deki bir biyoteknoloji firması olan Varro Life Sciences ile çalışıyor.
Önemlisi, tespit süreci tahribatsızdır. Bu, bir numune test edildikten sonra PCR gibi geleneksel laboratuvar analizi için gönderilebileceği ve doğrulama ve daha fazla çalışma için bir yedek sağlayabileceği anlamına gelir. Yani bir çiftçi bir numune hakkında endişe duyuyorsa, bir doğrulama da alabilir. Bir diğer avantajı ise tasarımın diğer patojen tiplerine göre ayarlanabilmesi.
Chakrabarty, “Bu biyosensör H5N1’e özgüdür” dedi. “Ancak, aerosol fazında diğer influenza virüsü (örneğin H1N1) ve SARS-CoV-2 suşlarının yanı sıra bakterileri (E. coli ve pseudomonas) tespit etmek için uyarlanabilir.”
Ancak, sensörün zorlu bir çiftlik ortamında uzun vadede çalışıp çalışamayacağı daha az açıktır. Çiftlik havası genellikle toz, nem ve sensörün doğruluğunu etkileyebilecek her türlü organik parçacıkla doludur. Bir sonraki adım, sensörün pratik ortamlarda kullanılmaya başlanmasıdır.
Ancak işe yarasa bile, mevcut grip salgınının bir fark yaratması için çok yaygın olması muhtemeldir. İdeal olarak, salgın yerleşmeden önce sağlam bir sensör diziniz olurdu. Bu senaryoda, Chakrabarty’nin cihazı gibi araçlar gelecekteki salgınları tespit etmede ve önlemede ön saflarda yer alabilir.
Mevcut kuş gribi salgınını kontrol altına almak için taşınabilir biyosensörler gibi yaygın erken tespit sistemleri önemlidir. Ayrıca, çiftliklerde hızlı yanıt protokollerine ve virüsün türler arasında yayılmadan ve insanlara gerçekten ulaşmadan önce durdurulması için koordineli küresel gözetime ihtiyacımız olacak.
Dergi Referansı: Joshin Kumar ve diğerleri. Aerosollerde Kuş (H5N1) Gribi ve E. coli’nin Hızlı Tespiti için Kapasitif Biyosensör. ACS Sensörleri , 2025; DOI: 10.1021/acssensors.4c03087
Yorumlar
0 Yorumlar
