Речь идет о геносенсорах. Основанные на нуклеиновых кислотах, которые обнаруживают простые комплементарные последовательности ДНК или РНК, геносенсоры представляют собой биосенсоры, которые делают возможным массовое тестирование для немедленного и чувствительного тестирования генетического материала.
Устройство такого типа, эффективность которого уже доказала, было показано, что оно эффективно при обнаружении SARS-CoV-2, только что было произведено в Бразилии многопрофильной группой исследователей, связанных с различными учреждениями и возглавляемой физиком Освальдо Новаис де Оливейра Джуниор, профессором университета. Института физики Сан-Карлоса в Сан-Паулу (IFSC-USP).
Результат анализа может быть готов через 30 минут, при стоимости лабораторных исследований менее 1 доллара США за один геносенсор. Компоненты анализатора импеданса - прочной части устройства - стоят менее 200 долларов США. Устройство уже существует в лабораторных масштабах, и технологию можно передать любой компании, у которой есть средства для ее серийного производства, пишет medicalxpress.com.
«Наш геносенсор может иммобилизовать простую полоску ДНК, используемую в качестве зонда захвата. При соответствующих условиях иммобилизованная полоска связывается с комплементарной полосой ДНК, содержащейся в жидком образце, который необходимо проанализировать. Этот процесс, называемый гибридизацией, демонстрирует присутствие SARS-CoV -2 в образце, который может быть слюной или другой биологической жидкостью », - сказала химик Джулиана Коатрини Соарес.
Соареш - первый автор статьи с описанием исследования, опубликованной в Materials Chemistry Frontiers.
Как это устроено
Устройство состоит из самоорганизующегося монослоя 11-меркаптоундекановой кислоты (11-MUA), химически связанного со стеклянными электродами, содержащими микрометрические золотые выводы или поверхностями, содержащими наночастицы золота. Эта среда способна иммобилизовать простую полоску ДНК или РНК, используемую в качестве зонда захвата. Гибридизация с дополнительной полосой, если она существует в образце, демонстрируется посредством изменений физических параметров, обнаруживаемых с помощью спектроскопии электрического или электрохимического импеданса и локализованного поверхностного плазмонного резонанса.
«После гибридизации на поверхности датчика увеличивается электрическое сопротивление, которое можно контролировать с помощью недорогого анализатора импеданса стоимостью около 100 долларов США, разработанного в нашей лаборатории инженером Лоренцо Бускалья, членом группы. «Еще один эффект гибридизации между захватывающей последовательностью и комплементарной последовательностью SARS-CoV-2 - это сдвиг пика поглощения в передаваемом спектре, который можно отслеживать с помощью локализованного поверхностного плазмонного резонанса с помощью спектрофотометра», - сказал химик Пауло Аугусто. Раймундо-Перейра, исследователь IFSC-USP, принимавший участие в исследовании.
Наивысшая чувствительность, достигнутая в исследовании, соответствовала 0,3 копий на микролитр, достаточной для обнаружения последовательности ДНК в слюне или других жидкостях организма. Комплементарные последовательности SARS-CoV-2 также были диагностированы с помощью методов машинного обучения, применяемых к изображениям, полученным с помощью сканирующего электронного микроскопа, с геносенсоров, подвергшихся воздействию различных концентраций комплементарных последовательностей ДНК.
«Применив алгоритмы машинного обучения к обработке изображений, мы смогли получить высокую степень точности в различении различных концентраций комплементарных последовательностей ДНК SARS-CoV-2», - сказал Раймундо-Перейра.
В экспериментах по обнаружению чувствительность геносенсоров была проверена на контрольных образцах, включая отрицательную последовательность для SARS-CoV-2 и других биомаркеров ДНК, не связанных с вирусом. Анализ данных, полученных с помощью метода многомерной проекции, называемого интерактивным картированием документов (IDMAP), показал четкое разделение между комплементарными последовательностями ДНК в различных концентрациях и образцами, содержащими некомплементарные последовательности или другие биомаркеры ДНК, не связанные с SARS-CoV-2.
«Преимущество использования нескольких методологий обнаружения заключается в универсальном режиме работы, так что метод диагностики может быть реализован в соответствии с реальностью каждой страны или различных регионов стран размером с континент, таких как Бразилия. Наш геносенсор также является многообещающим, поскольку детектор генетического материала из новых вариантов SARS-CoV-2. Для этого, если известна генетическая последовательность варианта, вы просто меняете простую полоску ДНК, используемую в качестве зонда для захвата », - объяснил Оливейра Джуниор.
Междисциплинарная группа, разработавшая устройство, включала исследователей из Института физики Сан-Карлоса Университета Сан-Паулу (IFSC-USP), Института химии Сан-Карлоса (IQSC-USP), Института математических наук и вычислений (ICMC-USP), Инструментальное подразделение Бразильской корпорации сельскохозяйственных исследований (EMBRAPA) и научно-исследовательского института Пеле Пекено Принсипи в Куритибе, штат Парана.
