В ИТМО разработали ДНК-робота для обнаружения вирусов
Ученые ИТМО создали высокочувствительного наноробота из молекул ДНК для обнаружения возбудителей болезней. Его эффективность проверена на COVID-19, но в перспективе ДНК-роботы могут быть адаптированы для выявления и других вирусов. В отличие от ПЦР, предложенный метод не требует использования дорогих реагентов, сложного оборудования и обученного персонала, при этом он не уступает ей в точности.
ПЦР, несмотря на то что это один из самых чувствительных методов молекулярной диагностики инфекционных заболеваний, имеет ограничения. Так, анализ образцов можно проводить только в лабораторных условиях, применяя дорогостоящее оборудование. Аптечные экспресс-тесты любой человек, напротив, может самостоятельно использовать даже дома, однако чувствительность этого метода очень низка. Например, такие тесты могут показать ложноотрицательный результат при небольшой вирусной нагрузке (количество вируса в организме).
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. Так им удалось разработать наноробота из молекул ДНК, способного быстро определять наличие вируса в образцах, например, взятых со стенок носа.
В составе робота 215 нуклеотидов (элементарные структурные единицы ДНК и РНК). Также к нему 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.
Алгоритм «поимки» вирусной РНК следующий. ДНК-робот приближается к искомой нуклеиновой кислоте, разворачивает ее своими «руками» и прикрепляется к ней. Эти процессы активируют расщепление субстрата, завершение которого можно отследить с помощью спектрометра по появлению флуоресцентного сигнала (холодному световому излучению). Соответственно, если образец будет без РНК вируса, реакции и сигнала не будет.
«РНК имеет сложную свернутую структуру, которую трудно раскрутить только с помощью двух “рук”. Четыре же “руки”, как показали наши эксперименты с выявлением рибонуклеиновых кислот COVID-19, справляются с этой задачей гораздо точнее и быстрее. При этом метод работает при комнатной температуре, без использования дорогих реагентов и оборудования», — объясняет Ахмед Эльдиб, первый автор исследования, аспирант химико-биологического кластера ИТМО.
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. Исследование реализовано в рамках государственной программы поддержки и развития университетов Минобрнауки «Приоритет-2030».