Сибирские ученые разработали биолюминесцентный зонд для определения вирусов

Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН совместно с коллегами из Института биофизики СО РАН (г. Красноярск) создали биосенсор, способный распознавать клещевой энцефалит. 

Биолюминесцентный зонд представляет собой  рекомбинантный белок, состоящий из двух частей. Одна связывается  с вирусом, , а вторая  служит сигнальной молекулой, которая и позволяет выявить его наличие. «Первый фрагмент биосенсора — это вариабельный домен  специфичных моноклональных антител, который контактирует непосредственно с белком вируса, — поясняет старший научный сотрудник ИХБФМ СО РАН кандидат биологических наук Вера Витальевна Морозова. — Второй — люминесцентный белок(люцифераза), полученный в ИБФ». 

«Упомянутая люцифераза (в данном случае — мягкого коралла Renilla muelleri) — небольшой одноцепочечный белок, она была клонирована нашей лабораторией фотобиологии, и в нее мы ввели 7 мутаций, в результате которых существенно увеличилась стабильность фермента, — поясняет ведущий научный сотрудник ИБФ СО РАН доктор биологических наук Людмила Алексеевна Франк. Известно, что квантовый выход у биолюминесцентных реакций (катализируемых специфическими ферментами —люциферазами) намного выше, чем у обычных хемилюминесцентных (свечение, сопровождающее некоторые химические процессы — прим.ред.) реакций. То есть, количество света, испускаемое в результате люциферазных реакций больше, и таким образом, люциферазы, используемые как сигнальные молекулы, позволяют выявлять мишени с более высокой чувствительностью.

Обе составляющих соединяются с помощью методов генной инженерии, в результате получается плазмида — генетическая конструкция, содержащая объединенные гены двух белков. Затем она помещается  в бактериальные клетки, в которых синтезируется гибридный, достаточно стабильный искусственный белок — его можно выделить из клеток  и работать с ним далее. 

«Технически весь процесс тестирования выглядит так: берется клещ, размалывается, из него экстрагируется водная часть, которая, может содержать  вирус, далее водная суспензия вносится в ячейки, содержащие антитела, — объясняет младший научный сотрудник ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Иван Константинович Байков.

— В случае, когда последние связали вирус клещевого энцефалита, происходит его накопление, что затем выявляется добавлением биолюминисцентного зонда и последующей химической реакцией  люминесценции. Если  вируса клещевого энцефалита нет, то антитела остаются пустые, сигнала не будет».

Выявить клещевой энцефалит в крови сложнее, он присутствует там недолго, а потом проникает в нервную систему, так что основное применение зонда — экспресс-проверка клещей, переносящих заболевание. 

Если говорить об аппаратной части, то для выполнения анализов необходим люминометр, с помощью которого регистрируются кванты излучения от люциферазной части биосенсора.   

Ученые проверили клещей, предварительно зараженных вирусом с определенным титром одновременно в коммерческих тест-системах и с помощью созданного зонда. «Преимущество этой разработки — более высокая чувствительность, она позволяет выявить даже незначительное количество вируса клещевого энцефалита, — отмечает Иван Байков. — Для внедрения в практику нам нужно провести еще ряд экспериментов, выявить, какие примеси могут мешать, оптимизировать протокол пробоподготовки и непосредственно прототип тест-системы».  

По такому же принципу можно разрабатывать зонды и для детекции других вирусов: точно так же взять нужное антитело и объединить по уже известной технологии с биолюминисцентным белком. 

«Это касается и бактериальных или грибных агентов, — комментирует Вера Морозова. — Сейчас мы пытаемся получить тест-системы на выявление патогенных грибов, часто встречающихся у иммуносупрессивных пациентов».