在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学的研究人员开发出一种新方法来检测构成大流行冠状病毒SARS-CoV-2的蛋白以及针对这种病毒的抗体。他们设计出基于蛋白的生物传感器，当与这种病毒的蛋白组分或特异性的COVID-19抗体混合在一起时会发光。这一突破可能在不久的将来实现更快、更广泛的检测。相关研究结果于2021年1月27日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“De novo design of modular and tunable protein biosensors”。

新型生物传感器与目标分子结合并发光的图解。图片来自Ian Haydon/UW Medicine Institute for Protein Design。

如今，为了诊断冠状病毒感染，大多数医学实验室都依赖于一种名为RT-PCR的技术，这种技术可以扩增这种病毒的遗传物质，使得它可以被观察到。这种技术需要专门的工作人员和设备。它还会消耗实验室的耗材，而这些耗材现在在全世界都很抢手。供应链的短缺使得COVID-19在美国及其他地区的检测结果放缓。

为了在不需要基因扩增的情况下直接检测患者样本中的冠状病毒，论文通讯作者、华盛顿大学医学院生物化学教授、蛋白设计研究所所长David Baker领导的一个研究团队利用计算机设计了新型生物传感器。这种基于蛋白的设备能够识别病毒表面的特定分子，与之结合，然后通过生化反应发出光。

抗体测试可以揭示一个人过去是否感染过SARS-CoV-2。它正被用来追踪COVID-19流行病的传播，但它也需要复杂的实验室用品和设备。 Baker团队还构建出当与COVID-19抗体混合后会发光的生物传感器。他们发现，这种生物传感器对血液中也可能存在的其他抗体（包括那些针对其他病毒的抗体）没有反应。这种灵敏度对于避免假阳性检测结果很重要。

Baker说，“我们在实验室中表明，这种新型生物传感器可以很容易地检测模拟鼻液或捐赠血清中的病毒蛋白或抗体。我们的下一个目标是确保它们可以在诊断环境中可靠地使用。这项研究说明了从头开始设计具有新的和有用的功能的分子装置的力量。”

除了COVID-19之外，Baker团队还发现，类似的生物传感器也可能经设计后用于检测医学相关的人类蛋白，如Her2（某些形式的乳腺癌的生物标志物和治疗靶标）和Bcl-2（在淋巴瘤和其他一些癌症中具有临床意义），以及细菌毒素和靶向乙肝病毒（HBV）的抗体。

参考资料：

1.Alfredo Quijano-Rubio et al. De novo design of modular and tunable protein biosensors. Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03258-z.

2.New biosensors quickly detect coronavirus proteins and antibodies
https://phys.org/news/2021-01-biosensors-quickly-coronavirus-proteins-antibodies.html