酵母ベースのバイオセンサー。現在のアプリケーションと新展開

Yeast-Based Biosensors: Current Applications and New Developments.

• Helene Martin-Yken

抄録

バイオセンサーは、環境汚染物質、毒素、そしてより一般的には、人間の健康に対する潜在的な脅威の有機的または化学的マーカーを検出し、監視するための強力なツールと考えられています。それらは基本的にトランスデューサー/レポーターの技術的要素に結合された生細胞または生物学的活性分子のいずれかで構成されたセンサー部分で構成されています。全細胞バイオセンサーは、動物組織、細菌、または酵母や微細藻類などの真核微生物をベースにしている場合があります。悪環境条件に対して非常に耐性があるが、酵母は、多種多様な刺激を感知し、応答することができる。また、真核生物であるため、動物に有害な化学物質や有機汚染物質を検出するための優れた細胞モデルとなる。このような理由から、酵母は培養や遺伝子組み換えが容易であることと相まって、1970年代以降、バイオセンサーの生体要素として一般的に利用されてきた。本稿では、まず、環境・医療分野向けに開発された様々なタイプの酵母を用いたバイオセンサーについて調査を行う。次に、インシリコ設計により生物学的要素をオーダーメイドで最適化し、出力信号をスマートフォンで記録したり追跡したりできるような新しい時代に酵母バイオセンサーをさらに推進するために、現在、学術研究者や企業の科学者によって行われている技術開発を紹介する。

Biosensors are regarded as a powerful tool to detect and monitor environmental contaminants, toxins, and, more generally, organic or chemical markers of potential threats to human health. They are basically composed of a sensor part made up of either live cells or biological active molecules coupled to a transducer/reporter technological element. Whole-cells biosensors may be based on animal tissues, bacteria, or eukaryotic microorganisms such as yeasts and microalgae. Although very resistant to adverse environmental conditions, yeasts can sense and respond to a wide variety of stimuli. As eukaryotes, they also constitute excellent cellular models to detect chemicals and organic contaminants that are harmful to animals. For these reasons, combined with their ease of culture and genetic modification, yeasts have been commonly used as biological elements of biosensors since the 1970s. This review aims first at giving a survey on the different types of yeast-based biosensors developed for the environmental and medical domains. We then present the technological developments currently undertaken by academic and corporate scientists to further drive yeasts biosensors into a new era where the biological element is optimized in a tailor-made fashion by in silico design and where the output signals can be recorded or followed on a smartphone.