Группа студентов и аспирантов биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова начала амбициозную работу над созданием переносного биосенсора LymeExpress для экспресс-выявления одной из наиболее распространённых клещевых инфекций — боррелиоза. Аналитический прибор обещает произвести настоящую революцию в диагностике: использование этого компактного биосенсора позволит моментально и просто проверить клеща на наличие возбудителей болезни прямо в условиях экспедиции или похода, минуя длительный этап лабораторных анализов. Молодые учёные уже подали заявку для участия в престижном международном конкурсе по генной инженерии International Genetically Engineered Machine Competition (iGEM).
Боррелиоз: мировая проблема, требующая быстрых решений
По оценкам Всемирной организации здравоохранения, ежегодно боррелиозом заражается до 300 000 человек по всему миру. Заболевание вызывается спиралевидными бактериями рода Borrelia, передающимися человеку после укуса инфицированного иксодового клеща. Несмотря на то, что смертность от этой инфекции крайне мала, в запущенных случаях возможно развитие тяжёлых и необратимых поражений суставов, нервной системы и других органов. Главный путь успешной борьбы с боррелиозом — это своевременная диагностика и стремительное начало терапии: чем раньше определена болезнь, тем выше вероятность полного выздоровления и отсутствия хронических осложнений. Как отмечают специалисты, при обнаружении и лечении заболевания в первые дни после укуса клеща можно избежать практически всех негативных последствий.
Почему нужна быстрая диагностика и какие трудности существуют сейчас
Современная диагностика боррелиоза складывается для пациентов не самым удобным образом: после удаления клеща его требуется доставить в специализированную лабораторию, где образец проходит ряд анализов, результаты которых становятся известны лишь через несколько дней. Оперативность процесса оставляет желать лучшего, а в условиях удалённых районов и природных экспедиций доступ к лабораторной диагностике зачастую затруднён либо невозможен. Кроме того, только в 80% случаев боррелиоз проявляется характерными симптомами (например, мигрирующей эритемой) в первые дни после заражения, что затрудняет раннее обнаружение недуга.
LymeExpress: инновационная разработка студентов МГУ
Вдохновлённые актуальностью задачи быстрой диагностики и понимая, насколько важна мобильность для медицинских работников и исследователей, команда под руководством ведущего эксперта кафедры биоинженерии Алексея Шайтана приступила к созданию уникального биосенсора. В основе LymeExpress заложена высокоточная технология поиска ДНК возбудителей боррелиоза с использованием генноинженерных конструкций и современных молекулярных маркеров.
Ключевым элементом работы биосенсора станет портативный спектрофотометр, способный распознавать изменения спектра поглощения в присутствии специфически отмеченных молекул. Это позволит проводить диагностику прямо на месте, практически без задержки и без необходимости сложного оборудования.
CRISPR/Cas9: сердце молекулярной диагностики LymeExpress
Одним из главных инновационных элементов LymeExpress стала интеграция системы CRISPR/Cas9 — настоящего прорыва в области генных технологий. В конструкции используются два комплекса dCas9, соединённых с различными частями фермента бета-лактамазы. Эти комплексы одновременно связываются с разными участками ДНК-мишени, расположенными на определённом расстоянии друг от друга, только если в образце действительно присутствует ДНК боррелий. В этот момент обе части фермента сближаются, становятся активными и изменяют цвет субстрата, что мгновенно фиксирует спектрофотометр и выдает оператору однозначный результат. Подобная схема обеспечивает исключительную точность и минимизирует вероятность ложноположительных ответов благодаря дополнительному каскаду усиления сигнала.
Планы команды и поддержка со стороны профессионалов
На данный момент молодые биологи активно используют возможности биоинформатики для создания оптимальных ДНК-мишеней системы скрининга. В ближайшие два месяца в планах завершение разработки механизма молекулярного распознавания и создание прототипа компактного спектрофотометра. Уже осенью команда планирует презентовать собственную инновацию на международном форуме iGEM, который с 31 октября по 4 ноября пройдет в Бостоне.
Над проектом трудятся не только студенты МГУ, но и талантливый школьник из СУНЦ МГУ, а также студент МИРЭА, ответственный за цифровое сопровождение и сайт инициативы. Разработка уже заслужила высокую оценку одного из ведущих специалистов в области эпидемиологии — Николая Брико, главного эпидемиолога России. По его словам, проблема экспресс-диагностики боррелиоза и других клещевых инфекций крайне важна, а компактный биосенсор — перспективный шаг вперёд. Более того, профессор Брико посоветовал расширить возможности LymeExpress, добавив обнаружение возбудителя клещевого энцефалита и иных патогенов.
iGEM — глобальная платформа для прорывных идей
International Genetically Engineered Machine Competition (iGEM) был основан при Массачусетском технологическом институте в 2004 году и быстро стал одним из самых престижных событий среди молодёжи, интересующейся генной инженерией и биотехнологиями. Каждый год на конкурс заявляется огромное количество университетских и школьных команд со всего мира: в 2019 году, к примеру, своё участие подтвердили 375 коллективов, из которых 65 представляли США и 117 — Китай. Для российских команд участие — событие поистине уникальное: до этого в iGEM от России выступали лишь дважды.
Задача iGEM — стимулировать креативный и технический прорыв в решении важных мировых задач: от охраны окружающей среды и диагностики заболеваний до развития энергетики с помощью генных и биотехнологических решений. Для каждой команды оргкомитет подготавливает «ДНК-конструктор» — набор из более 2,5 тысяч генетических элементов: плазмид, белковых генов, регуляторных участков и множества других последовательностей. Участники могут не только улучшить имеющиеся элементы, но и создавать совершенно новые, воплощая самые смелые идеи для пользы общества и науки.
Ближайшие перспективы и вера в успех
Участие студентов МГУ в столь масштабном научном состязании — не только важный шаг для их собственного профессионального роста, но и значимый вклад в повышение уровня биотехнологической культуры в России. Проект уже активно поддерживают представители научного сообщества и общественность. Для реализации задуманного и поездки в Бостон инициаторы проекта LymeExpress сейчас привлекают средства посредством краудфандинговых платформ — пример энтузиазма, сплочённости и веры в силу отечественной науки.
Экспресс-диагностика боррелиоза в скором будущем может стать такой же обыденной и доступной, как измерение температуры или давления. Креативный настрой молодых учёных, их глубокое знание современных биотехнологий и поддержка признанных лидеров отрасли позволяют рассчитывать на то, что LymeExpress не только займёт достойное место на международной арене, но и найдёт широкое самостоятельное применение в медицине, науке и экспедиционной практике, помогая сотням тысяч людей вовремя обезопасить себя и своих близких от опасной инфекции.
Источник: scientificrussia.ru
