ДНК-механика: российские учёные изобрели более доступную альтернативу ПЦР-тестам
Российские учёные совместно с иностранными коллегами представили новую методику экспресс-диагностики на наличие вирусов или бактерий. Такие тесты не требуют особого оборудования и лабораторных условий, как ПЦР-методика. В то же время новый подход, основанный на применении ДНК-машины, соответствует ПЦР-тестированию по точности. Этим он отличается от популярных экспресс-тестов, основанных на выявлении антител, — такие тесты эффективны только на поздней стадии заболевания. Учёные намерены создать компактное устройство для экспресс-диагностики, которое можно будет использовать за пределами лабораторий.
Учёные из российского Университета ИТМО и Университета Центральной Флориды разработали новую методику быстрой диагностики на предмет наличия вирусов, бактерий и других патогенов. Определение фрагментов ДНК или РНК проводится при комнатной температуре. По точности этот способ близок к показаниям ПЦР-тестов и является их более доступной альтернативой, сообщили RT в пресс-службе Университета ИТМО. Результаты исследований опубликованы в журнале Chemical Communications.
Напомним, полимеразная цепная реакция (ПЦР), изобретённая в 1980-х годах, является одним из основных методов диагностики инфекций. В основе лежит многократное удвоение нужного участка ДНК или РНК при помощи ферментов в лабораторных условиях. В итоге получается достаточное количество материала. Процесс копирования участков ДНК или РНК возбудителя называется амплификацией.
Однако у этого метода есть недостаток: анализ образцов может проводиться только в лабораториях на дорогостоящем оборудовании. Особенно важен температурный режим — в ПЦР-лабораториях используются специальные приборы, регулирующие температуру на разных этапах копирования фрагментов ДНК или РНК.
Как объяснила в комментарии RT сотрудник Международного научного центра SCAMT Университета ИТМО Дарья Горбенко, РНК или ДНК обычно находятся в свёрнутом состоянии и разворачиваются только при высоких температурах. Это осложняет процедуру анализа.
«Мы разработали ДНК-машины, которые способны без специальных приборов и нагревания выявлять нужные участки, аналиты РНК, принадлежащие определённым патогенам. ДНК-машины «подбираются к мишени», обхватывают её и заставляют нуклеиновую кислоту развернуться», — рассказала Дарья Горбенко.
ДНК-машинами называют искусственно созданные биологические молекулы, состоящие из фрагментов ДНК и способные выполнять ряд задач, включая определение целевых нуклеиновых кислот микроорганизмов.
Предложенная учёными ДНК-машина представляет собой небольшую платформу из двухцепочечной нуклеиновой кислоты. К ней подсоединены специальные участки, образно говоря, «руки» — их может быть две, три или даже четыре. Для каждого вируса или бактерии создаётся своя платформа, её достаточно подобрать один раз.
«При наличии в образце искомого патогена машина соединится с аналитом (вещество — предмет анализа. — RT) и образует особый трёхмерный фрагмент — G-квадруплекс. Свойства этой структуры открывают простор для создания простой и наглядной тест-системы: при добавлении специальных реагентов мы получим цветовой сигнал. В нашем случае образец окрашивается в коричневый цвет», — пояснила Дарья Горбенко.
Анализ образцов на наличие генетического материала патогенов этим способом занимает около двух-трёх часов, исследователи уверены, что время тестирования в будущем можно уменьшить.
Как пояснили RT учёные, широко применяемые сейчас экспресс-тесты по методу иммунохроматографического анализа нельзя сравнивать с новой разработкой. Дело в том, что ИХА-тесты основаны на взаимодействии антигена с антителом. Такие белковые тесты не очень точны и позволяют выявлять заболевание только на развившихся стадиях, например, когда белка, принадлежащего данному патогену, накопилось достаточно. Тесты, основанные на детекции ДНК или РНК, могут выявлять присутствие патогена даже на ранних стадиях заболевания.
Пока успешные исследования были проведены на таких возбудителях, как цитомегаловирус (разновидность герпесвирусов), гемофильная палочка, вызывающая поражение органов дыхания, и листерия моноцитогенес — бактерия вызывает острые пищевые отравления.
Выяснилось, что созданная учёными ДНК-машина способна выявлять в образцах фрагменты не только одноцепочечных РНК, но и двухцепочечных ДНК. Авторы исследования намерены создать на основе предложенной методики компактное устройство для диагностики, которое можно будет использовать вне лабораторий.
RT
Надежда Алексеева
