Ученые Университета ИТМО и Университета Центральной Флориды разработали ДНК-машину для обнаружения патогенов — опасных для здоровья вирусов, бактерий и других микроорганизмов. Новый метод, в отличие от ПЦР-тестов, не требует использования дорогого оборудования. Разработка позволяет проводить тестирование даже при комнатной температуре. С помощью цветового сигнала результат можно увидеть невооруженным глазом.
Дарья Горбенко, сотрудник Международного научного центра SCAMT Университета ИТМО
Фото: Дмитрий Григорьев, ITMO.NEWS
Дарья Горбенко, сотрудник Международного научного центра SCAMT Университета ИТМО
Фото: Дмитрий Григорьев, ITMO.NEWS
Дарья Горбенко, сотрудник международного научного центра SCAMT Университета ИТМО:
— Как работает ДНК-машина?
— ДНК-машина представляет собой небольшую (20–30 нуклеотидов) ДНК-платформу, к которой привязаны специальные участки — гибридизационные «руки». ДНК-машина, приближаясь к цепочке РНК, своими «руками» связывает ее сложно свернутую структуру и заставляет нуклеиновую кислоту развернуться. Происходит это благодаря такому свойству, как комплементарность — способности нуклеиновых кислот притягиваться друг к другу и создавать пары. После гибридизации с нуклеиновой кислотой происходит колориметрическая окраска: при добавлении дополнительных химических реагентов (бесцветного субстрата, гемина и перекиси водорода) возникает реакция — и раствор из прозрачного становится цветным. Если аналита — например, искомой нуклеиновой кислоты патогена — не было в растворе, раствор останется прозрачным.
— В чем ее преимущество перед «обычными» ПЦР-тестами?
— У нашей технологии есть несколько основных преимуществ перед ПЦР. Во-первых, реакцию видно даже невооруженным глазом. Благодаря этому отпадает необходимость в термоциклерах и спектрофотометрах для регистрации сигнала. Во-вторых, стоимость реагентов значительно ниже и система более транспортабельна, что позволяет использовать ее в местах оказания медицинской помощи или дома. Также это делает технологию более доступной для стран третьего мира. В-третьих, технология способна реагировать на однонуклеотидные замены, что выгодно отличает ее от ПЦР в реальном времени. При этом система не уступает ПЦР в чувствительности и может детектировать единицы геномных эквивалентов. Время анализа также сравнимо с тестами ПЦР 1,5–2 часа, но в будущем его можно сократить.
— Можно ли будет внедрить эту технологию в широкую практику и как скоро?
— Мы надеемся, что внедрение этой технологии станет возможным в течение нескольких лет. Перед этим в нее еще требуется внести некоторые технические усовершенствования, а также нужно расширить «библиотеку» детектируемых объектов. Предложенная технология может быть упакована в компактный прибор закрытого типа, который требует на вход только образец — например, спинномозговую жидкость. Для обслуживания такого прибора не нужен специально обученный персонал.
Визуальное обнаружение целевых фрагментов РНК листерии моноцитогенес и цитомегаловируса
Фото: Chemical Communications
Визуальное обнаружение целевых фрагментов РНК листерии моноцитогенес и цитомегаловируса
Фото: Chemical Communications
— Есть ли подобные технологии в России и в мире?
— Похожие технологии тестируются у нас и за рубежом. У каждой из них есть свои преимущества и ограничения. Например, конкурент колориметрической окраски — флуоресцентные репортерные пробы. Однако, даже имея гораздо более высокий предел детекции, они все еще требуют дополнительного оборудования и очень чистых образцов. Наша технология в некотором роде уникальна, подобный дизайн гибридизационных проб представлен впервые. Прорывной результат работы в том, что детекция срабатывает не только для одноцепочечных аналитов, но и для двухцепочечных нуклеиновых кислот — например, для двухцепочечной ДНК без предварительной обработки. Прежде такого не было продемонстрировано в других научных работах.
— Как, на ваш взгляд, будет развиваться эта технология в дальнейшем?
— Мы уже развиваем нашу технологию, увеличивая пределы ее чувствительности. Также планируем добавить ДНК-машине дополнительные «руки». Такие «многорукие» ДНК-машины смогут разворачивать более длинные последовательности (от 100 нуклеотидов), что также является областью интереса современной наносенсорики. Главной областью научного поиска и тестирования однозначно станет детекция двухцепочечных нуклеиновых кислот. Имеет смысл полностью переформатировать технологию под детекцию двухцепочечных образцов, поскольку их проще хранить и они более стабильны.
Использованы материалы статьи.