Генное редактирование и создание ДНК-библиотек — благодаря современным генетическим технологиям ученые разрабатывают не только препараты для лечения заболеваний, но и новые методы диагностики. Например, особые фрагменты ДНК помогают специалистам находить вирусы и опасные бактерии.

Подобным образом действует новый сверхчувствительный биосенсор на основе ДНК-аптамеров, предложенный сотрудниками химического факультета МГУ. Он способен обнаружить искомую частицу буквально за 15 минут. В чем уникальность этой разработки, что такое аптамеры и с какими трудностями сталкиваются генетики, порталу наука.рф рассказала автор проекта, доцент кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ, доктор химических наук Елена Завьялова.

Проект ведется при поддержке Российского научного фонда (РНФ).

Легкая мишень

Аптамеры — это короткие фрагменты ДНК, отличающиеся крайне полезным свойством. Благодаря своей уникальной структуре они могут связываться с белками, бактериями, вирусами и даже целыми клетками. Такая способность позволяет применять эти молекулы в терапии, диагностике и системе доставки лекарств, «нацеливая» их на конкретные мишени.

Обычно ученые создают аптамеры в лабораторных условиях: выбирают из огромных библиотек ДНК-фрагментов те, которые хорошо соединяются с нужной молекулой. Затем их наносят на поверхность наночастиц серебра — и биосенсор готов.

«Под каждую мишень, например, какой-нибудь вирус, разрабатывается свой аптамер, при этом он не должен связываться с другими вирусами. Если мы хотим найти несколько разных вирусов, размещаем на каждой зоне металлических наночастиц особые аптамеры, и каждый из них будет ловить только один тип вирусов», — объясняет Елена Завьялова.

На практике биосенсор действует следующим образом: сначала его помещают в пробирку с биологической жидкостью, а затем измеряют сигнал с помощью специального устройства, рамановского спектрометра. С его помощью ученые могут найти и изучить вирусы, которые прикрепились к частицам. Если вирус есть — подается сигнал: спектр видимого света на молекуле становится более насыщенным.

Такая тест-система, как отмечают исследователи, позволяет выследить вирус гораздо быстрее, чем стандартные методы.

«Мы брали мазок из носа у здорового человека, а также плазму крови, и добавили туда вирусы гриппа типа A и коронавирус. На этих образцах нам удалось определить опасные организмы всего за 15 минут, в то время как анализ ПЦР обычно занимает больше времени, порядка двух часов», — подчеркивает эксперт.

В будущем, по словам специалиста, спектр вирусов для этого метода можно расширить, например, искать с его помощью онкомаркеры.

Воплотить в жизнь

Работа над этим проектом ведется на базе химического факультета МГУ уже более пяти лет. Изначально команда ученых занималась разработкой так называемых терапевтических олигонуклеотидов — коротких фрагментов ДНК или РНК, применяющихся в медицине.

Продолжить исследования в новом направлении помогли сотрудники Института физики твердого тела РАН (группа кандидата физико-математических наук Кукушкина В.И.). Коллеги предложили собрать на основе ДНК-фрагментов биосенсор и проверить его эффективность на созданном в институте рамановском спектрометре. На момент разработки исследований, в которых аптамеры использовались в комбинации с таким физическим методом, было немного. Ученые МГУ оказались в числе первых.