Экспресс-диагностика синегнойной палочки

15.05.2019
Экспресс-диагностика синегнойной палочки
Схема работы метода экспресс-диагностики синегнойной палочки
Talanta

Новый наноструктурированный композитный материал на основе кремния и наночастиц золота и серебра способен детектировать инфицирование человека синегнойной палочкой. Наноматериал разработали сотрудники лаборатории физических методов биосенсорики и нанотераностики физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова совместно с немецкими учеными, сообщает пресс-служба МГУ. Исследование проходило при поддержке Российского научного фонда (РНФ), его результаты опубликованы в журнале Talanta.

Синегнойная палочка — резистентная ко многим антибиотикам и антисептикам грамотрицательная палочковидная бактерия. У людей с ослабленным иммунитетом она бактерия может стать причиной таких заболеваний, как менингит, бронхит, пневмония, отит, а также вызвать поражение органов желудочно-кишечного тракта. Быстрая и доступная диагностика синегнойной палочки, особенно в случаях, требующих неотложной медицинской помощи, остается актуальной проблемой здравоохранения.

Обнаружить наличие синегнойной палочки в организме помогает то, что эта бактерия в ходе своей жизнедеятельности продуцирует характерные пигменты. В частности, ученые сфокусировали свое внимание на феназиновом пигменте — пиоцианине. При заболеваниях бронхолегочной системы пиоцианин локализован в легких больного и может быть диагностирован из мокроты.

Детектирование пигмента бактерии стало возможным благодаря разработанному физиками МГУ наноструктурированному материалу и явлению гигантского поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния света (ГКР, SERS). Материал представляет собой подложку из кремниевых нанонитей, декорированных биметаллическими наночастицами серебро–золото. Пиоцианин, растворенный в воде и в искусственной мокроте человека, сорбировался на подложку, и за счет эффекта SERS удалось в десятки раз усилить сигнал от исследуемых биомолекул. Селективность сигнала обусловливалась наличием уникальных пиков — «отпечатков пальца» молекул анализируемого вещества в спектре ГКР. При этом характерные пики были разрешимы вплоть до концентрации пиоциаина в мокроте 6,25 мкМ, что как раз соответствует нижней границе концентрации бактерий в мокроте больного человека.

«В этой работе мы сфокусировались на создании высокочувствительных SERS-активных подложек, обладающих высоким коэффициентом усиления сигнала, что позволяет обнаружить молекулы пиоцианина вплоть до концентрации 10–9 М. Перспективы дальнейших исследований не ограничены, ведь при соответствующей грантовой поддержке или поддержке индустриального партнера возможно инициировать подобные проекты по диагностике как в медицине, так и в нефтегазовой отрасли», — отметила один из ведущих авторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории Светлана Агафилушкина.

Последующие эксперименты ученых в рамках проекта будут направлены на подбор оптимальных структурных и оптических характеристик сенсоров с целью детектирования химических веществ и биомолекул в ультрамалой концентрации.

«Мы показали, что разработанный нами наноматериал позволяет не просто быстро и точно обнаружить присутствие молекул пиоцианина, но и определить их концентрацию в мокроте, что крайне важно для идентификации стадии заболевания. В ближайшее время SERS-активные биосенсоры будут исследованы на чувствительность и к другим микробиологическим объектам и биомолекулам. Например, как одно из потенциальных направлений мы рассматриваем детектирование онкомаркеров», — рассказала заведующая лабораторией Любовь Осминкина.