Ученые ИТМО создали экспресс-тест с высокочувствительной наномашиной, который может определять вирус SARS-CoV-2 в домашних условиях. Новое устройство обладает четырьмя «руками» и специальными крючками — они помогают разворачивать последовательности нуклеиновых кислот и точнее обнаруживать коронавирус. Сейчас наномашина с крючками находит вирусные ДНК лучше в 80 раз, РНК — 13 в отличие от ДНК-системы без крючков, а время обнаружения сократилось с трех до одного часа.
В ИТМО разработали сверхчувствительный экспресс-тест для быстрой диагностики коронавируса в домашних условиях / © Getty images
Результаты исследования опубликованы в Analytical Chemistry. ПЦР-тест — один из самых распространенных и точных методов обнаружения коронавируса. Однако провести тестирование могут только специалисты в медицинском центре, и для этого им требуется определенное оборудование — ПЦР-амплификатор. С его помощью размножается фрагмент ДНК — в большем количестве биологического материала выше вероятность найти вирус.
Ученые химико-биологического кластера ИТМО уже несколько лет работают над созданием экспресс-теста, который позволит быстро и точно обнаруживать коронавирус (вирус SARS-CoV-2). Ранее исследователи спроектировали наномашину из молекул ДНК с четырьмя специальными «руками». ДНК-система вместе с флуоресцентным субстратом (веществом, излучающим свечение при расщеплении) погружалась в образец с вирусной РНК, которую разворачивала с помощью четырех «рук». Если в РНК содержался вирус, ДНК-система прикреплялась к вирусной части генетического материала и запускала процесс расщепления флуоресцентного субстрата.
Появившееся световое излучение сигнализировало, что в РНК содержится вирус SARS-CoV-2. По словам первого автора исследования, аспиранта химико-биологического кластера ИТМО Зейна Хусейна, чтобы ускорить процесс расщепления флуоресцентного субстрата, ученые добавили к ДНК-наномашине два крючка. Они служат системой доставки сразу для шести молекул флуоресцентного субстрата к вирусной мишени. Такая модификация повысила чувствительность ДНК-системы и сократила время ожидания результатов.
«В предыдущем исследовании мы узнавали результат тестирования в течение трех часов. Теперь время обнаружения сократилось до одного часа. Также мы снизили концентрацию молекул, необходимых для нахождения вируса, — с 26 до двух pM. Это повысило чувствительность ДНК-наномашины в сравнении с прошлой нашей разработкой. Теперь система определяет вирусные ДНК и РНК в 80 и 13 раз точнее», — поясняет Зейн Хусейн.
Предполагается, что разработку ученых можно будет использовать как экспресс-тест для обнаружения коронавируса в домашних условиях. Пока что флуоресцентное световое излучение, сигнализирующее о результатах тестирования, можно увидеть только с помощью специального оборудования — спектрофотометра. Но ученые планируют заменить флуоресцентный субстрат квантовыми точками, чтобы сделать экспресс-тест более простым и доступным в применении.
«Квантовые точки могут излучать свет, если воздействовать на их ультрафиолетом. Как только мы добавляем к ДНК-системе с квантовыми точками вирусную РНК, сразу замечаем разницу в освещении невооруженным глазом. Нам больше не понадобится спектрофотометр. Мы уже проверили совместимость квантовых точек с нашей разработкой и сейчас пытаемся зафиксировать их на стеклянные слайды», — рассказывает Ахмед Эльдиб, руководитель лаборатории «Нанотехнологии нуклеиновых кислот» химико-биологического кластера ИТМО, аспирант химико-биологического кластера ИТМО.
