Jump to content

Вирус нанотехнологии

Нанотехнология вируса - это использование вирусов в качестве источника наночастиц для биомедицинских целей. Вирусы состоят из генома и капсида ; и некоторые вирусы окутываются. Большинство вирусных капсидов измеряются от 20 до 500 нм диаметром . Из -за размеров их нанометра вирусы рассматривались в качестве природных наночастиц. Наночастицы вируса подвергаются дисциплинам нанонауки и наноинженерии. Вирусы можно рассматривать как сборные наночастицы . Многие различные вирусы были изучены для различных применений в нанотехнологиях : например, вирусы млекопитающих разрабатываются в качестве векторов для доставки генов, а бактериофаги и вирусы растений использовались при доставке лекарств и применениях визуализации , а также в вакцинах и иммунотерапии . [ 1 ]

Нанотехнология вируса является одной из очень многообещающих и возникающих дисциплин в нанотехнологии. Высокометрисциплинарная область, вирусная нанотехнология занимает интерфейс между вирусологией, биотехнологией, химией и материаловедением. Поля используют вирусные наночастицы (VNP) и ее аналоги вирус-подобных наночастиц (VLP) для потенциальных применений в различных областях электроники, датчиков и наиболее значительно в клинической области. [ 2 ] VNP и VLP являются привлекательными строительными блоками по нескольким причинам. Обе частицы находятся в масштабе нанометра; Они монодисперс с высокой степенью симметрии и поливалентности; Они могут быть изготовлены с легкостью в больших масштабах; Они исключительно стабильны и надежны, и они биосовместимы, а в некоторых случаях перорально биодоступны. [ 3 ] Это «программируемые» единицы, которые могут быть модифицированы либо методами генетической модификации или химической биоконъюгации. [ 4 ] [ 5 ]

Что такое нанотехнология?

[ редактировать ]

Нанотехнология-это манипуляция или самосборка отдельных атомов, молекул или молекулярных кластеров в структуры для создания материалов и устройств с новыми или совершенно разными свойствами. Нанотехнология может работать сверху вниз (что означает уменьшение размера наименьших структур на наноразмер) или снизу вверх (что включает в себя манипулирование индивидуальными атомами и молекулами в наноструктуры). Определение нанотехнологий основано на предварительном виде «нано» от греческого слова, означающего «карликовый». В более технических терминах слово «нано» означает 10 −9 , или один миллиард чего -то. Для значимого сравнения вирус составляет примерно 100 нанометров (нм) по размеру. Так что вирус также может назвать наночастица. Слово нанотехнология обычно используется при ссылке на материалы с размером от 0,1 до 100 нанометров, однако также присуще, что эти материалы должны отображать различные свойства из объемных (или микрометрических и более крупных) материалов в результате их размера. [ 2 ] Эти различия включают физическую прочность, химическую реактивность, электрическую проводимость, магнетизм и оптические эффекты.

Нанотехнология имеет почти безграничную череду применений в области биологии, биотехнологии и биомедицины. [ 6 ] Нанотехнология породила растущее чувство волнения из -за способности производить и использовать материалы, устройства и системы посредством контроля вещества по шкале нанометра (от 1 до 50 нм). Этот подход снизу вверх требует меньше материала и вызывает меньшее загрязнение. Нанотехнологии имели несколько коммерческих применений в области передовых лазерных технологий, твердых покрытий, фотографии, фармацевтических препаратов, печати, химической-механической полировки и косметики. [ 7 ] Вскоре будут более легкие автомобили с использованием армированных наночастиц полимеров, перорально применимых инсулина, искусственных суставов, изготовленных из наночастных материалов, и низкокалорийных продуктов с наночастными энхансерами вкуса. [ 8 ]

Вирусы как строительные блоки в нанотехнологии

[ редактировать ]

Вирусы уже давно изучались как смертельные патогены, чтобы вызвать заболевание во всех живых формах. [ 9 ] К 1950 -м годам исследователи начали думать о вирусах как о инструментах в дополнение к патогенам. Геномы бактериофагов и компоненты механизма экспрессии белка широко используются в качестве инструментов для понимания фундаментального клеточного процесса. На основании этих исследований несколько вирусов использовались в качестве системы экспрессии в биотехнологии. Позже, в 1970 -х годах, вирусы используются в качестве вектора в пользу людей. [ 10 ] Поскольку часто вирусы используются в качестве векторов для генной терапии, контроля рака и контроля вредных или разрушительных организмов, как в сельском хозяйстве, так и в медицине. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

В последнее время новый подход к эксплуатации вирусов и их капсидов для биотехнологии начал изменяться в направлении их использования для применения нанотехнологий. Исследователи Дуглас и Янг (Университет штата Монтана, Бозман, MT, USA) первыми рассматривали полезность вирусного капсида как наноматериал. [ 16 ] Они взяли вирус вируса вируса хлоротического вируса звена (CCMV) для своего исследования. CCMV показал высоко динамическую платформу с ионо -зависимыми pH и металлическими структурными переходами. Дуглас и Янг использовали эту капсидную динамику и обменялись естественным грузом (нуклеиновой кислотой) с помощью синтетических материалов. С тех пор многие материалы были инкапсулированы в CCMV и другие VNP. Примерно в то же время исследовательская группа во главе с Манном (Университет Бристоля, Великобритания), пионела новой области, используя частицы в форме стержня TMV (вирус табачной мозаики). Частицы использовались в качестве шаблонов для изготовления диапазона металлированных структур нанотрубок с использованием методов минерализации. [ 17 ] Частицы TMV также использовались для создания различных структур (нанотрубки и нанопроволок) для использования в батареях и устройствах хранения данных. [ 18 ] [ 19 ]

Вирусные капсиды вызвали большой интерес к области нанобиологии из-за их наноразмерных размеров, симметричной структурной организации, способности нагрузки, контролируемой самосборки и простоты модификации. Вирусы по сути являются естественными наноматериалами, способными к самосборке с высокой степенью точности. [ 4 ] Гибридные структуры вирусных капсид-наночастиц, которые сочетают в себе био-активативность вирусных капсидов с функциями наночастиц, представляют собой новый класс биоономатериалов, которые имеют много потенциальных применений в качестве терапевтических и диагностических векторов, агентов визуализации и продвинутых реакторов синтеза наноматериализации. [ 4 ]

Вирусы растений в нанотехнологиях

[ редактировать ]

Системы на основе вирусов растений, в частности, являются одними из наиболее продвинутых и эксплуатируемых для их потенциального использования в качестве структурированных наноматериалов биоинтизиации и нано-ректоров. Наночастицы вируса растений неинфекционны к клеткам млекопитающих, также подтвержденных Raja Muthuramalingam et al. 2018. [ 20 ] Вирусы растений имеют размер, особенно подходящий для наноразмерных применений, и могут предложить несколько преимуществ. На самом деле, они являются структурно однородными, надежными, биоразлагаемыми и простыми в производстве. [ 4 ] Более того, многие являются примерами, касающимися функционализации наночастиц на основе вирусов растений с помощью модификации их внешней поверхности и загрузки молекул груза в их внутреннюю полость. Эта пластичность с точки зрения наночастиц инженерии является основой, на которой могут быть полностью эксплуатированы многовалентные, сдерживание полезной нагрузки и целевая доставка. [ 21 ]

Джордж П. Ломоносфофф написал в «Недавних достижениях в области вирусологии растений», Капсиды большинства вирусов растений являются простыми и надежными структурами, состоящими из нескольких копий одного или нескольких типов белковой субъединицы, расположенной с икосаэдрической или спиральной симметрией. Капсиды могут быть произведены в больших количествах либо инфекцией растений, либо экспрессией субъединицы (ов) в различных гетерологичных системах. В связи с их относительной простотой и простотой продукции частицы вируса растений или вирусные частицы (VLP) привлекли большой интерес за последние 20 лет для применения как в био-, так и в нанотехнологиях [Lomonossoff, 2011 [ 22 ] ] В результате частицы вируса растений подвергались как генетической, так и химической модификации, использовались для инкапсуляции постороннего материала и самих, были включены в супрамолекулярные структуры. Примечательно, что изучаемые вирусы растений не являются патогенами человека, которые не имеют естественной тенденции взаимодействия с рецепторами клеточной поверхности человека. [ 23 ] В последнее время, как сообщается, был использован патогенный вирус растения для синтеза наноматериалов благородных гибридных металлов, используемых в качестве биосемисемического института. [ 20 ]

Растительные вирусы

[ редактировать ]

Вирусы вызывают несколько разрушительных заболеваний растений и несут ответственность за массовые потери в производстве и качеством сельскохозяйственных культур во всех частях мира. Инфицированные растения могут демонстрировать ряд симптомов в зависимости от заболевания, но часто существует тяжелое керлинг листьев, задержка (аномалии во всем растении) и пожелтения листьев (либо из всего листа, либо в схеме полос или пятен). [ 24 ] Следовательно, большинство вирусов растений передаются векторным организмом (насекомые, нематоды, плазмодиофориды и клещи), который питается растением или (при некоторых заболеваниях) вводится посредством ранов, полученных, например, во время методов сельского хозяйства (например, обрезка). Многие растительные вирусы, например, вирус табачной мозаики, использовались в качестве модельных систем, чтобы обеспечить базовое понимание того, как вирусы экспрессируют гены и реплицируются. Другие разрешили разъяснение процессов, лежащих в основе молчания РНК, в настоящее время признанное как основной эпигенетический механизм, лежащий в основе многочисленных областей биологии. [ 25 ]

Некоторые свойства вирусных наночастиц

[ редактировать ]
  • Вирусы растений бывают разных форм и размеров: например, вирус вируса растительного вируса табака (TMV) размером 300x18 нм; он образует полый стержень. [ 26 ] Вирус растений вирус картофеля x (PVX) образует гибкие нити 515x13 нм. [ 27 ] Следующие вирусы имеют икосаэдрическую симметрию и измерение между 25-30 нм: вирус вируса вируса вируса вируса вируса (CPMV), [ 28 ] Бактериофаг Qbeta и адено-ассоциированный вирус млекопитающих (AAV). [ 29 ]
  • Это всего лишь некоторые примеры, много разных вирусов спроектированы и изучаются для их потенциальных применений в медицине, некоторые примеры вирусов растений включают вирус из каппии хлоротичный вирус пятна , некротический вирус красно -клеверного вируса, вирус Mosaic Physalis, вирус папайи мозаики .
  • Вирусы растений и бактериофаги не инфекционны по отношению к млекопитающим. В отличие от вирусов млекопитающих, нет риска вирусной инфекции.
  • вирусные частицы Можно продуцировать (VLP), которые не имеют вирусного генома; Эти VLP неинфекционны также по отношению к растениям и, таким образом, считаются безопасными также с сельскохозяйственной точки зрения. [ 5 ]
  • Вирусы и их неинфекционные аналоги могут быть получены путем молекулярного сельского хозяйства в растениях или ферментации в клеточной культуре.
  • Наночастицы на основе вирусов могут быть адаптированы для конкретных применений с использованием ряда подходов к химической биологии:
    • Генетическая модификация может быть использована для модификации аминокислотной последовательности капсидного белка (также известного как белок Coat). [ 30 ]
    • Химия биоконъюгата может быть использована для введения небиологических или биологических грузов. [ 31 ]
    • Наконец, хотя часто показаны в виде жестких материалов, вирусы представляют собой динамические материалы, которые подвергаются отекам, и другие конформационные изменения, позволяющие внедрять или инкапсулировать груз в их вирусные капсиды. [ 32 ]

Технологии и изучаются технологии платформы вирусной платформы завода [ 1 ] включая:

  1. ^ Jump up to: а беременный Вэнь, Эми М; Steinmetz, Nicole F (2016). «Дизайн наноматериалов на основе вирусов для медицины, биотехнологии и энергии» . Обзоры химического общества . 45 (15): 4074–126. doi : 10.1039/c5cs00287g . PMC   5068136 . PMID   27152673 .
  2. ^ Jump up to: а беременный Steinmetz, Nicole F (2010). «Вирусные наночастицы как платформы для терапии и устройств для изображений следующего поколения» . Наномедицина: нанотехнология, биология и медицина . 6 (5): 634–641. doi : 10.1016/j.nano.2010.04.005 . PMC   2948632 . PMID   20433947 .
  3. ^ Steinmetz, NF; Манчестер, М. (2011). Вирусные наночастицы: инструменты для материаловедения и биомедицины . Пан Стэнфорд. ISBN  978-981-4267-45-8 . [ страница необходима ]
  4. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Кришнан, Катираван; Тангавелу, Раджа Мутурамалингам; Сундараджан, Дипан; Су, Мухаммед Рияз; Денисон, Майкл Иммануэль Дж. Эссе; Гунасекаран, Дхаранивасан; Ганапати, Раджендран; Duraisamy, Nallusamy (25 октября 2018 г.). «Разработка программируемых, самосборных капсидных белков из капсидных вирусных вирусных листьев в фарфоре (SLCCNV) в« Нано-карго », подобную архитектуре:« нанотолы »следующего поколения». ACS применял биологические материалы . 1 (5): 1741–1757. Doi : 10.1021/acsabm.8b00543 . PMID   34996223 . S2CID   91613162 .
  5. ^ Jump up to: а беременный Тангавелу, Раджа Мутурамалингам; Сундараджан, Дипан; Саваас Умар, Мохаммед Рияз; Денисон, Майкл Иммануэль Джесси; Гунасекаран, Дхаранивасан; Раджендран, Ганапати; Duraisamy, Nallusamy; Катираван, Кришнан (2018-11-02). «Разработка программируемых, самосборных капидных белков с капюсом из капитиза в виде листьев капиты в« нанокарго »в« нанокарго ». ACS применял биологические материалы . 1 (5): 1741–1757. Doi : 10.1021/acsabm.8b00543 . ISSN   2576-6422 . PMID   34996223 . S2CID   91613162 .
  6. ^ Раджа Мутурамалингам, Тангавелу; Шанмугам, Чандирасекар; Гунасекаран, Дхаранивасан; Duraisamy, Nallusamy; Нагапп, Раджендран; Кришнан, Катираван (2015). «Биоактивная желчная солевая наночастицы с серебром в отношении разрушительных растительных патогенных грибов через систему in vitro». RSC Advances . 5 (87): 71174. DOI : 10.1039/C5RA13306H .
  7. ^ Тангавелу, Раджа Мутурамалингам; Гунасекаран, Дхаранивасан; Джесси, Майкл Иммануэль; Су, Мухаммед Рияз; Сундараджан, Дипан; Кришнан, Катираван (2018). «Нанобиотехнологический подход с использованием гормонов укоренения растений синтезировал наночастицу серебра в качестве« нанобуллетов »для динамических применений в садоводстве - исследование in vitro и ex vitro» . Аравийский журнал химии . 11 : 48–61. doi : 10.1016/j.arabjc.2016.09.022 .
  8. ^ Луонг, Джон (2 февраля 2001 г.). «Карьера в нанобиотехнологии: нанонаук в биотехнологии» . Наука.
  9. ^ Борденав, Гай (2003). «Луи Пастер (1822–1895)». Микробы и инфекция . 5 (6): 553–60. doi : 10.1016/s1286-4579 (03) 00075-3 . PMID   12758285 .
  10. ^ Гофф, С. (1976). «Строительство гибридных вирусов, содержащих сегменты SV40 и $ lambda; Фаж -ДНК и их распространение в культивируемых клетках обезьян». Клетка . 9 (4): 695–705. doi : 10.1016/0092-8674 (76) 90133-1 . PMID   189942 . S2CID   41788896 .
  11. ^ Харпер, Дэвид Р. (2013). «Биологический контроль микроорганизмов». Эл . doi : 10.1002/9780470015902.a0000344.pub3 . ISBN  978-0-470-01590-2 Полем S2CID   83896359 .
  12. ^ Харпер, Дэвид Р; Норки, Бенджамин Х; Kutter, Elizabeth M (2014). «Бактериофаг: терапевтическое использование». Эл . doi : 10.1002/9780470015902.a0020000.pub2 . ISBN  978-0-470-01590-2 .
  13. ^ Häusler, Thomas (2006). Вирусы против супербогов: раствор кризиса антибиотиков? Полем ISBN  978-0-230-55228-9 . [ страница необходима ]
  14. ^ Лейси, Ла; Кая, HK (EDS) Полевое руководство по методам при патологии беспозвоночных: применение и оценка патогенов для контроля насекомых и других беспозвоночных вредителей. Springer, Нидерланды, 2007 . [ страница необходима ]
  15. ^ Templeton, NS (ed.) Ген и клеточная терапия: терапевтические механизмы и стратегии, 3 -е изд. CRC Press, Boca Raton, 2008 . [ страница необходима ]
  16. ^ Дуглас, Тревор; Янг, Марк (1998). «Инкапсуляция материалов -хозяина - гром -хозяина с помощью собранных вирусных белковых клеток». Природа . 393 (6681): 152–5. Bibcode : 1998natur.393..152d . doi : 10.1038/30211 . S2CID   205000305 .
  17. ^ Шентон, Уэйн; Дуглас, Тревор; Молодой, Марк; Стаббс, Джеральд; Манн, Стивен (1999). «Композиты неорганических нанотрубков из шаблона минерализации вируса табачной мозаики». Продвинутые материалы . 11 (3): 253. DOI : 10.1002/(SICI) 1521-4095 (199903) 11: 3 <253 :: AID-ADMA253> 3.0.CO; 2-7 .
  18. ^ Ли, Ю. Дж; Yi, h; Ким, W.-J; Кан, К; Юн Д. С; Страно М. С; Седер, G; Белчер, А. М. (2009). «Изготовление генетически спроектированных мощных литий-ионных батарей с использованием нескольких генов вируса» . Наука . 324 (5930): 1051–5. Bibcode : 2009Sci ... 324.1051L . doi : 10.1126/science.1171541 . PMID   19342549 . S2CID   32017913 .
  19. ^ Нам, К. Т; Ким Д. У; Yoo, P. J; Чиан, C. Y; Meethong, n; Хаммонд, П. Т; Чиан, Ю. М; Белчер, А. М. (2006). «Синтез с поддержкой вируса и сборка нанопроволоков для электродов литий-ионной батареи». Наука . 312 (5775): 885–8. Bibcode : 2006sci ... 312..885n . Citeseerx   10.1.1.395.4344 . doi : 10.1126/science.1122716 . PMID   16601154 . S2CID   5105315 .
  20. ^ Jump up to: а беременный Тангавелу, Раджа Мутурамалингам; Ганапати, Раджендран; Рамасами, Пандиан; Кришнан, Катираван (2020). «Изготовление гибридных наноматериалов вирусных металлов: идеальная ссылка для биопроводника» . Аравийский журнал химии . 13 : 2750–2765. Doi : 10.1016/j.arabjc.2018.07.006 .
  21. ^ Lico, c; Шуббен, а; Башиери, S; Blasi, P; Санти Л. (2013). «Наночастицы в биомедицине: новые идеи вирусов растений». Текущая лекарственная химия . 20 (28): 3471–87. doi : 10.2174/09298673113209990035 . PMID   23745557 .
  22. ^ Lomonossoff Virus Virus Partics и использование таких частиц в био- и нанотехнологиях. Кэрол Каранта, Мигель А. Аранда, Марк Тепфер и Лопес-Моя (Эд). Последние достижения в области вирусологии растений . 2011 , 363-379, Caister Academic Press. ISBN   978-1-904455-75-2 .
  23. ^ Блум, Эми Сухмахер; Сото, Карисса М; Уилсон, Чармейн Д; Коул, Джон Д; Ким, Луна; Гнаде, Брюс; Чаттерджи, Анжу; Ochoa, Wendy F; Лин, Тяньвей; Джонсон, Джон Э; Ратна, Б. Р. (2004). «Вирус мозаики вируса в качестве каркаса для трехмерного паттерна наночастиц золота». Нано буквы . 4 (5): 867. Bibcode : 2004nanol ... 4..867b . doi : 10.1021/nl0497474 .
  24. ^ Халл, Р. Сравнительная вирусология растений, второе издание, Academic Press, 2001 . ISBN   9780123741547 . [ страница необходима ]
  25. ^ Адамс, Майкл Дж; Antoniw, John F (2005). «DPVWEB: интернет -ресурс с открытым доступом по вирусам растений и болезням вируса». Образцы по борьбе с вредителями . 16 (6): 268. doi : 10.1564/16dec08 .
  26. ^ Pattanayek, R; Stubbs, G (1992). «Структура штамма U2 вируса табачной мозаики уточняется при 3,5 разрешении с использованием дифракции рентгеновского волокна». Журнал молекулярной биологии . 228 (2): 516–28. doi : 10.1016/0022-2836 (92) 90839-c . PMID   1453461 .
  27. ^ Кендалл, а; Макдональд, м; Bian, W; Боулз, т; Baumgarten, S. C; Ши, J; Стюарт, П. Л; Bullitt, E; Гор, D; Ирвинг, Т. С; Havens, W. M; Габриал, С. А; Уолл, J. S; Stubbs, G (2008). «Структура гибких нитевидных вирусов растений» . Журнал вирусологии . 82 (19): 9546–54. doi : 10.1128/jvi.00895-08 . PMC   2546986 . PMID   18667514 .
  28. ^ Лин, Тяньвей; Чен, Чжунгуа; Уша, Рамакриш; Чисточер, Синтия V; TOI, Джин-би; Шмид, Тим; Джонсон, Джон Э. (1999). «Остаток рефлексии вируса мозаики молики при разрешении 2,8 Å» . Вирусология . 265 (1): 20–34. DOO : 10.1006/viro.199.0038 . PMID   10603314 .
  29. ^ Лерч, Томас Ф; О'Доннелл, Джейсон К; Мейер, Нэнси Л; Се, Цин; Тейлор, Кеннет А; Стагг, Скотт М; Чепмен, Майкл С. (2012). «Структура AAV-DJ, вектор генной терапии ретаргии: криоэлектронная микроскопия при разрешении 4,5 Å» . Структура 20 (8): 1310–20. doi : 10.1016/j.str.2012.05.004 . PMC   3418430 . PMID   22727812 .
  30. ^ Ван, Q; Лин, Т; Джонсон, Дж. Э; Финн, М. Г. (2002). «Природные супрамолекулярные строительные блоки. Мутанты с добавлением цистеина вируса мозаики вируса вируса» . Химия и биология . 9 (7): 813–9. doi : 10.1016/s1074-5521 (02) 00166-7 . PMID   12144925 .
  31. ^ Поорски, Джонатан К; Steinmetz, Nicole F (2011). «Искусство инженерных наночастиц» . Молекулярная фармацевтика . 8 (1): 29–43. doi : 10.1021/mp100225y . PMC   3156490 . PMID   21047140 .
  32. ^ Солнце, J; Dufort, c; Даниэль, М.-С; Мурали, а; Чен, C; Гопинатх, К; Stein, B; De, m; Ротелло, В. М; Холценбург, а; Као, С. С; Dragnea, B (2007). «Контролируемый ядро ​​полиморфизм в вирусных частицах» . Труды Национальной академии наук . 104 (4): 1354–9. Bibcode : 2007pnas..104.1354S . doi : 10.1073/pnas.0610542104 . PMC   1783121 . PMID   17227841 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 314f764f0e96648bbb63c2226036ace3__1712414220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/31/e3/314f764f0e96648bbb63c2226036ace3.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Virus nanotechnology - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)