Сотрудники кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ совместно с коллегами из Института биоорганической химии имени 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 их можно эффективно использовать для определения разного класса молекул, например, находящихся на поверхности определенного вируса. Аптамеры синтезируют химическими методами, что выгодно отличает их 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 100 или 1 000 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 содержаний вирусов. Поэтому авторы дополнительно использовали особые молекулы-краски, конкурирующие с патогенами за связывание с аптамерами.
«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 получается экспресс-анализ, занимающий около 15 минут, с очень высокой чувствительностью, сопоставимой даже с анализом методом ПЦР, проведение которого занимает несколько часов.
В будущем авторы планируют еще упростить процедуру: создать портативную систему, которой смогут пользоваться сотрудники, не обладающие высокой квалификацией.
Работа поддержана грантом Российского научного фонда.