細胞表層上に存在する糖質は、様々なウイルスや病原菌の感染に深く関与している。例えば、インフルエンザウイルス（IFV）は、宿主細胞上のシアロ糖鎖と相互作用することで感染し、出芽の際には、シアロ糖鎖を加水分解することで感染拡大することが知られている。さらに近年、インフルエンザや新型コロナウイルス感染症（COVID-19）を含む新興感染症が世界中で猛威を奮っており、環境中の標的ウイルスおよび病原菌を高感度かつ簡便に検出する新規デバイスの開発が強く求められている。そこで本研究（２年計画）の初年度である2019年度は、BDD電極を用いた新規IFVセンサーの開発を目的として研究を行った。
まず、IFV-NAと特異的に反応し、電気化学的に活性なフェノール部位を生成するように設計したO-アリールシアロシド部位とアジド基を連結した糖質1を化学合成した。次に、1のIFV-NAに対する反応性と酵素選択性を、HPLCを用いて定量的に評価した。その結果、1は、数種類の糖加水分解酵素の中でも、IFV-NA特異的かつ濃度および時間依存的に反応し、フェノール誘導体2を生成することを明らかにした。次に、BDD電極上にアセチレン部位を有する基板Aを作製後（山本）、Huisgen反応を用いて1をA上に固定化した基板Bを作製した（松原）。次に、基板Bに対してH1N1型IFVを作用させ、37度で3時間インキュベート後、洗浄し、電気化学測定を行った。その結果、IFVの濃度依存的にフェノールの酸化反応に起因すると考えられる電流を検出できることを見出し、BDD電極上にO-アリールシアロシドを固定化した新規インフルエンザ検出センサーの開発に成功した。現在、さらなる高感度化と検出時間の短縮を検討するとともに、本研究成果に関する原著論文を執筆中である。
Carbohydrates on cell surfaces play crucial roles in viral and pathogenic infections. For instance, while influenza virus (IFV) infection cycle starts with the interaction with sialoside receptors on the host cell surface, when progeny IFV releases from the host cell, influenza virus-neuraminidase (IFV-NA) on the virions cleaves off sialic acid from glycans on the host cell. Recently, emerging infectious diseases including influenza and COVID-19 have been raging all over the world. Therefore, development of the specific and sensitive devices that can detect the target viruses and pathogens is highly desirable. In this context, FY2019, we conducted the research with aim to develop a new IFV sensor based on the BDD electrode terminated O-aryl sialoside.
Initially, O-aryl sialoside 1, which possesses an alkyl azido moiety and can react with IFV-NA to produce corresponding electrochemically active phenol derivative 2, was synthesized. Next, it was confirmed by HPLC analysis that O-aryl sialoside 1 selectively and effectively reacts with target IFV-NA among several glycosidase enzymes to produce 2 in concentration- and time-dependent manner. After preparation of acetylene terminated BDD electrode A (Yamamoto group), O-aryl sialoside 1 was immobilized on electrode A by Huisgen reaction to afford electrode B (Matsubara group). Next, electrochemical detection was examined by incubation of the electrode B with H1N1-IFV for 3 h at 37 oC. As a result, it was found that an oxidation peak corresponding to the phenol moiety produced by hydrolysis with IFV-NA was clearly observed in IFV-NA's concetration-dependent manner. These results suggested that the O-aryl sialoside terminated BDD electrode developed in this study has a potential for IFV sensors. Further progress of this study is underway in the present collaboration.