Охота на мельчайших. Сверхчувствительный биосенсор оперативно распознает частицы вирусов - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Охота на мельчайших. Сверхчувствительный биосенсор оперативно распознает частицы вирусов

С виду все необыкновенно просто. Мини-пробирку, не больше спичечного коробка, разделяет мембрана. В нее наливают некий раствор, устанавливают в портативную центрифугу, две минуты – и на мембране остаются вирусы. К ним добавляют необходимые для их опознания вещества (наночастицы серебра, покрытые специальными молекулами, ДНК-аптамерами), помещают в миниатюрный рамановский спектрометр и измеряют. «Портрет» частиц вирусов готов. Так работает, не побоимся громких слов, единственный в своем роде очень чувствительный портативный биосенсор для определения вирусов и менее чем за 15 минут выдает максимум информации. Подчеркнем, что это перспективное междисциплинарное исследование Российский научный фонд поддерживает уже четвертый год. По просьбе «Поиска» разработку представляет руководитель гранта РНФ доцент кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ, доктор химических наук Елена ЗАВЬЯЛОВА (на снимке).

– Когда мы начинали работу над проектом, коронавирус еще себя не проявил, а самым распространенным и вредным был вирус гриппа, – рассказывает Елена Геннадиевна. – В год им болеют более 300 миллионов человек, из них 300-600 тысяч умирают. Грипп подрывает здоровье множества людей так, что они на несколько недель теряют работоспособность. А причина одна: вирус изменчив, и иммунная система часто не в состоянии распознать новый штамм. Медикам это известно, и они готовятся: делают новые вакцины, однако из-за чрезвычайной переменчивости и приспособляемости вируса стопроцентной защиты они не дают. Грипп особенно опасен для людей с иммунодефицитом и хроническими заболеваниями, пожилых и младенцев. И чем раньше медики поставят точный диагноз – установят возбудителя ОРВИ – тем быстрее больного можно будет изолировать, чтобы он не заражал других, и начать лечение, стараясь избежать тяжелых последствий, например, развития опасной вирусной пневмонии.

Обычно у человека с симптомами ОРВИ берут мазок, чтобы проверить его сразу на несколько возбудителей инфекции. Однако самый точный анализ – ПЦР – занимает массу драгоценного времени, а современные экспресс-тесты из-за недостаточной чувствительности дают большой процент ложных результатов. Поэтому так важно разрабатывать надежные и чувствительные биосенсоры, чтобы попытаться провести одновременно ряд анализов и сразу определить тип вируса-возбудителя ОРВИ. Помимо широко известных гриппа и коронавируса возбудителями могут быть аденовирусы, респираторно-синцитиальные вирусы и др.

– Наверное, это направление биологии очень востребовано?
– Да, оно необыкновенно популярно. В мире им занимаются, наверное, десятки лабораторий. Они создают, например, электросенсоры, чтобы по изменениям электрических характеристик судить о наличии вируса в образце. Используют принципы рамановской спектроскопии и флуориметрию, в общем, методы самые разные. А задача одна: сделать надежный, дешевый, легко производимый биосенсор. Наша разработка отвечает этим требованиям: расходные материалы для сенсоров дешевые, прибор портативный, а анализ вместе с подготовкой занимает всего 15 минут, тогда как многим действующим сенсорам необходимо несколько часов для организации и проведения анализа. Фактически у нашего биосенсера два серьезных конкурента, занявших рынок диагностики гриппа и коронавируса. Первый – чувствительный ПЦР-анализ. Но чтобы его провести, нужно не менее часа времени и усилия специализированной лаборатории. Так что оперативно поставить диагноз и изолировать разносчика инфекции практически невозможно. Но у него есть важное достоинство – он очень точен в обнаружении вирусов. Однако наш сенсор сейчас достиг приблизительно того же уровня. Второй конкурент – активно используемые тест-полоски на основе антител. Они быстро дают результат, но из-за низкой чувствительности часто ошибаются.

– Когда вы получили грант РНФ и что обязаны по нему сделать?
– Мы сделали упор на проведении перспективного междисциплинарного исследования, в котором участвуют химики МГУ, специализирующиеся на выявлении биологических молекул, и сотрудники Института физики твердого тела РАН в Черноголовке, сконструировавшие надежный и портативный рамановский спектрометр. Заявку писали на энтузиазме, достаточно широко сформулировав задачу будущего биосенсора. Помимо вирусов намеривались обнаруживать и онкоклетки, и низкомолекулярные вещества. Все участники исследования – специалисты в своей области, и, думаю, их объединение в один коллектив привлекло внимание Фонда. Грант на три года мы получили в 2018-м. (18-74-10019. «Создание оптических сенсоров на основе ДНК-аптамеров для детектирования биологических объектов».) К нам присоединились химики из Института биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН, биологи из Федерального научного центра исследований и разработки иммунобиологических препаратов им. М.П.Чумакова РАН и Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф.Гамалеи, а также физики из Объединенного института ядерных исследований. Команда получилась необычайно сильная.

Со временем задачу создания многопрофильного биосенсора мы сузили до определения вирусов-возбудителей ОРВИ, а с появлением коронавируса ввиду его большой опасности сосредоточились и на нем и, считаю, добились определенных успехов. Видимо, поэтому РНФ продлил нам грант еще на два года. За это время планируем сделать мультисенсор, способный одновременно определять сразу пять разных типов вирусов: гриппа (типов А и Б), коронавирус, аденовирус и респираторно-синцитиальный вирус. Замечу, что таких универсальных биосенсоров в мире нет, все действующие улавливают лишь один-два вируса. Надеемся, что оперативное определение типа вируса с помощью наших тестов позволит контролировать эпидемиологическую обстановку и быстро ставить диагноз.

– Вы пишите статьи для ведущих журналов. Какова реакция коллег?
– По результатам проекта опубликовали десять статей. Половина из них напечатана в журналах первого квартиля. Хорошее цитирование получила первая статья 2019 года, описывающая биосенсор для определения вируса гриппа, – более 50. А статья, вышедшая всего год назад, уже насчитывает 20 цитирований. Отмечу, что на средства гранта наш коллектив приобрел недостающее оборудование, расходные материалы, оплату поездок на конференции и публикацию материалов.

– Будет ли востребован ваш биосенсор? Легко ли его произвести. Сколько он будет стоить?
– Прибор состоит из двух частей: устройства фильтрации биологических образцов и раствора наночастиц, покрытых аптамерами. Физики сами делают доступные расходные материалы – мембраны и наночастицы, а синтез ДНК-аптамеров производят фирмы, синтезирующие праймеры (фрагмент ДНК, определяющий тип вируса) для ПЦР. Мы рассчитываем, что себестоимость сенсора будет не выше 100 рублей.

– В следующем году грант заканчивается, а вместе с ним и финансирование проекта. Ваши дальнейшие планы?
– Будем продолжать совместные исследования, а параллельно искать компании и предприятия, заинтересованные в нашем проекте. Понимаем, что производители могут не проявить особого интереса к анализам на грипп, а потому стремимся расширить круг исследуемых вирусов, вызывающих социально значимые заболевания. В общем, останавливаться мы не намерены.

Юрий ДРИЗЕ

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2