Инновации 11 ноября 2022

Вирус ищут в четыре руки

Ученые Университета ИТМО создали наноробота из молекул ДНК для обнаружения возбудителей болезней. Его эффективность проверена на COVID-19, но в перспективе ДНК-роботы могут быть адаптированы и для выявления других вирусов
Вирус ищут в четыре руки
Первый автор проекта по созданию высокочувствительного наноробота из молекул ДНК для обнаружения возбудителей болезней, аспирант химико-биологического кластера ИТМО Ахмед Эльдиб
Дмитрий Григорьев, ITMO.NEWS

Д ля применения нового метода не нужны обученный персонал, сложное оборудование и дорогие реагенты. Он не уступает в точности ПЦР, одному из самых чувствительных методов молекулярной диагностики инфекционных заболеваний. При этом ПЦР имеет ряд ограничений. Так, анализ образцов можно проводить только в лабораторных условиях, применяя дорогостоящее оборудование. Аптечные экспресс-тесты любой человек может самостоятельно использовать дома, однако чувствительность этого метода очень низкая. Например, такие тесты могут показать ложноотрицательный результат при небольшой вирусной нагрузке (количество вируса в организме).

В разгар пандемии коронавируса ученые химико-биологического кластера ИТМО поставили цель создать систему для обнаружения инфекций, которая будет проста в использовании, как аптечные экспресс-тесты, но при этом близка по точности к ПЦР. Им удалось разработать наноробота из молекул ДНК, способного быстро определять наличие вируса в образцах, взятых, например, со стенок носа.

magnifier.png «Машина приближается к РНК вируса, начинает прикрепление с любого участка по принципу комплементарности, и далее прикрепление продолжается будто под действием магнита, что заставляет РНК вируса разворачиваться в линию»

«В основе практически всех проектов нашей лаборатории — работа с каталитически активными нуклеиновыми кислотами, так называемыми дезоксирибозимами, — рассказал “Стимулу” первый автор исследования, аспирант химико-биологического кластера ИТМО Ахмед Эльдиб. — ДНК-машина для детектирования коронавирусной инфекции также основана на дезоксирибозимах. Дело в том, что свойства, ранее обнаруженные другими учеными, делают дезоксирибозимы эффективной основой для диагностики. Они обладают стабильностью, биосовместимостью, а также просты в синтезе и модификации конструкций. Когда началась пандемия коронавируса, мы, наблюдая за большим спросом на дорогостоящие ПЦР-тесты, пришли к идее использовать дезоксирибозимы для детектирования SARS-CoV-2 в качестве более простой и дешевой системы».

Робот содержит 215 нуклеотидов (элементарные структурные единицы ДНК и РНК). В основе метода лежит важное свойство олигонуклеотидов — комплементарность азотистых оснований. То есть, зная последовательность РНК коронавируса, мы составляем ДНК-машину с комплементарными участками, которые будут прикрепляться к РНК вируса.

К роботу подсоединены четыре специальных «рычага», ученые называют их «руки». Чтобы проанализировать образец на наличие инфекции, нужно добавить в него раствор с ДНК-системой и специальное вещество, способное светиться (флуоресцентный субстрат), которое позволит визуализировать результат. Робот сможет обнаружить вирус, даже если он будет присутствовать в малом количестве.

magnifier.png «Перед сном пациент берет у себя мазок из носа, опускает в реакционный буфер и наносит на слайд. Утром он вносит слайд под ультрафиолетовый свет, после чего проявляется свечение квантовых точек. Используя специальное приложение на телефоне, пациент сможет детектировать свечение и понять, заражен ли он»

«“Руки” — это части дезоксирибозимов, — поясняет Ахмед Эльдиб. — Они включают в себя участок, связывающийся с РНК вируса, и участок, взаимодействующий с флуоресцирующим субстратом. “Руки” работают в парах: если РНК вируса присутствует, то пары “рук” формируют активный центр, который расщепляет прикрепленный флуоресцирующий субстрат, и мы можем видеть его свечение, то есть детектировать наличие коронавируса. Механизм разворачивания РНК достаточно прост. Машина приближается к РНК вируса, начинает прикрепление с любого участка по принципу комплементарности, и далее прикрепление продолжается будто под действием магнита, что заставляет РНК вируса разворачиваться в линию».

Следующий этап проекта — «упаковать» разработанный метод в удобную тест-систему для домашнего использования, а также научить ДНК-роботов распознавать не только COVID-19, но и другие вирусы и онкомаркеры.

«Наша цель, — говорит Ахмед Эльдиб, — доработать наш метод так, чтобы тесты можно было проводить в домашних условиях. Технология будет основана на явлении квантовых точек — флуоресцентных нанокристаллов, к которым будет прикреплена ДНК-машина. Мы видим это так: пациент получает набор для анализа, в котором содержится пробирка с реакционной средой, слайд с квантовыми точками и устройство с ультрафиолетовой лампой (для обнаружения свечения). Перед сном пациент берет у себя мазок из носа, опускает в реакционный буфер и наносит на слайд. Утром он вносит слайд под ультрафиолетовый свет, после чего проявляется свечение квантовых точек. Используя специальное приложение на телефоне, пациент сможет детектировать свечение и понять, заражен ли он».

Темы: Инновации

Еще по теме:
09.12.2022
Компания «Конкордия» из подмосковного Дмитрова разработала пилотный образец коммунальной машины «Апис» (в переводе с...
30.11.2022
Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) разработали уникальную установку для изготовления иск...
29.11.2022
Мировая инновационная практика показывает, что лучшие кластеры и технопарки создаются органично, на основе десятилетиями...
24.11.2022
Испытания первого российского морского робота начнутся весной 2023 года в акватории Каспийского моря. Он может патрулиро...
Наверх