Метод инфракрасной спектроскопии может стать портативным и недорогим инструментом для диагностики малярии. Исследователи использовали методику для обнаружения одного-единственного возбудителя малярии, находящегося на ранней стадии своего жизненного цикла, в одном микролитре образца, содержащего красные кровяные тельца.

Малярийные паразиты (Plasmodium) ежегодно инфицируют более, чем 200 миллионов человек во всем мире, являясь причиной смерти более, чем полумиллиона человек. Когда насекомые – переносчики Plasmodium кусают человека, паразиты внедряются в красные кровяные клетки, вызывая их значительные молекулярные и структурные повреждения, в ряде случаев приводящие к потере красных кровяных клеток.

Как отмечает Байден Вуд (Bayden R. Wood) из Университета Монаш (Австралия), главной проблемой малярии является то, что на тех стадиях, когда это заболевание проще всего лечить, его практически невозможно диагностировать. Он добавляет, что существующие методы диагностики страдают от различного рода ограничений. Так, например, методы, основанные на ПЦР, отличаются высокой точностью, но, при этом проведение таких анализов дорого, для проведения микроскопического анализа требуется хорошо подготовленный эксперт, который должен готовить образцы для исследования и изучать их. Все эти факторы приводят к большой распространенности малярии в странах с низким уровнем жизни.

Ранее исследователи разработали оптический метод, подобный методу спектроскопии комбинационного рассеивания для обнаружения гемозоина (hemozoin), продукта, который образуется тогда, когда Plasmodium переваривает гемоглобин человека.

Преимуществом спектрального метода заключается в том, что для анализа не требуется специальная подготовка образца крови, сходная с той, которая нужна для анализа крови с помощью ПЦР или микроскопа.

Тем не менее, Plasmodium генерирует достаточное для обнаружения количество гемозоина только на поздних стадиях своей жизни, а к тому времени паразит уже успевает нанести существенный вред человеку.

Для определения малярии на ранних стадиях Вуд с соавторами решили найти биомаркер, который может сигнализировать о присутствии малярийного паразита на всех стадиях его развития, и выбор пал на липиды.

Паразиты обладают уникальным набором липидов в мембранах, и этот набор обеспечивает характеристический набор сигналов в ИК спектре; эти сигналы соответствуют деформационным колебаниям С–Н связей в углеводородных цепях кислотных остатков.

В новом методе исследователи выбрали в качестве инструмента ИК спектрометр нарушенного полного отражения [ attenuated total reflection IR spectrometer (ATR-IR)], поскольку этот прибор может быть портативным и отличается сравнительно небольшой стоимостью.

Для проверки метода исследователи взяли образцы крови и выделили из этих образцов красные кровяные тельца. Затем выделенные кровяные тельца были насыщены малярийными паразитами, находящимися на различных стадиях своего жизненного цикла, после чего с помощью метанола они разрушили мембраны эритроцитов для того, чтобы паразиты высвободились из клеток, и их было бы проще обнаружить. По словам Вуда, весь процесс – от подготовки образца для анализа до регистрации спектра составляет несколько минут.

Спектр красных кровяных клеток, пораженных паразитом, отличается от спектра здоровых кровяных клеток именно картиной области, соответствующей деформационным колебаниям связей С–Н.

Различие интенсивности и общего набора сигналов в этой области также позволяет отличать образцы, содержащие паразитов на ранней стадии жизненного цикла, от других образцов. При этом исследователи не заметили существенных различий между спектрами клеток здоровых и клеток инфицированных в других спектральных областях, включая и области, характеристичные для гемозоина.

Таким образом, регистрация спектра с последующим его анализом по статистическому алгоритму позволяет определить, заражен ли исследуемый образец. Методика позволяет обнаружить одного паразита в миллилитре образца осажденных эритроцитов.