Научные достижения химического факультета
20.10.2022
Химики МГУ с коллегами разработали высокочувствительный экспресс-метод для детектирования вируса гриппа
Сотрудники кафедры химии
природных соединений Химического факультета МГУ совместно с коллегами из
Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова
РАН и Института физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН разработали метод определения
концентрации вируса гриппа менее чем за 15 минут с чувствительностью на уровне
ПЦР-теста. Работа опубликована в журнале Frontiers in chemistry.
Аптамеры – это особые
"узнающие" молекулы, которые по аналогии с антителами могут специфически
связывать вещества. Благодаря этому аптамеры можно эффективно использовать для
определения разного класса молекул, например, находящихся на поверхности
определенного вируса. Аптамеры синтезируют химическими методами, что выгодно
отличает аптамеры от антител, которые трудно воспроизвести в лаборатории.
Помимо этого, белки-антитела легко подвержены разрушению, что особенно
проявляется на этапах хранения и транспортировки. У аптамеров другая химическая
природа, поэтому с ними значительно проще работать.
"Задачей нашего исследования
было создание сенсора для определения вируса гриппа, – рассказала доцент
кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ, д.х.н.,
руководитель исследования Елена Завьялова. – Для
этого мы использовали аптамер к белку, находящемуся на поверхности этого
вируса. После того, как аптамер связывается с вирусом, нам необходимо узнать,
какое именно количество связалось. Для этого можно использовать метод SERS –
поверхностно усиленную Рамановскую спектроскопию".
Для получения Рамановского
спектра в классическом варианте необходимы высокие концентрации химически
чистого вещества. Например, вирусы можно определить для концентрации от 10
миллиардов частиц в миллилитре, а требуемая чувствительность для биосенсоров –
всего сто или тысяча вирусных частиц в миллилитре.
"Для преодоления этого разрыва
и используется метод SERS, –
объяснила Елена Завьялова. – На специальной поверхности закрепляются аптамеры,
обеспечивающие специфичность связывания с вирусами гриппа. Так удается выделить
конкретный вирус из всей сложной биологической смеси и локально повысить его
концентрацию возле поверхности".
Усиления сигнала за счет концентрирования
оказалось недостаточно для точного определения низких концентраций вирусов.
Поэтому авторы дополнительно использовали особые молекулы-краски, конкурирующие
с вирусами за связывание с аптамерами. Взаимодействие этой краски с аптамером
зависит от присутствия вируса. "Фактически, во время анализа регистрируется не
спектр самого вируса, а спектр дополнительной краски, который легко получить
даже при чрезвычайно низких концентрациях. – пояснила Елена Завьялова. –
Анализируя полученный спектр, можно точно определить концентрацию вируса в
пробе".
В итоге время всего анализа
составляет около 15 минут, подчеркнула Елена Завьялова: "Получается
экспресс-анализ с очень высокой чувствительностью, сопоставимой даже с анализом
методом ПЦР, проведение которого занимает несколько часов".
В будущем авторы планируют ещё
упростить процедуру: создать портативную систему, которой смогут пользоваться
сотрудники, не обладающие высокой квалификацией.
Разработка стала прямым продолжением работ профессора Алексея Копылова
Работа поддержана грантом
Российского научного фонда [# 18-74-10019, https://rscf.ru/project/18-74-10019/].
Конкуренция
вирусов и молекул-красок (BHQ) за
связывание с аптамерами на наночастицах
Ссылка на статью:
Zhdanov Gleb, Nyhrikova Ekaterina, Meshcheryakova Nadezda, Kristavchuk Olga, Akhmetova Assel, Andreev Evgeny, Rudakova Elena, Gambaryan Alexandra, Yaminsky Igor, Aralov Andrey, Kukushkin Vladimir, Zavyalova Elena
Combination of Membrane Filtration and Raman-Active DNA Ligand Greatly Enhances Sensitivity of SERS-Based Aptasensors for Influenza A Virus
Frontiers in Chemistry, vol. 10, 2022
https://doi.org/10.3389/fchem.2022.937180
Автор фото: Александра Кучерова/пресс-служба химического факультета МГУ
Автор текста: Алина Сагитова/пресс-служба химического факультета МГУ
