Новые методы ранней диагностики заболеваний исследуются учеными всего мира

Новый метод контроля дублирования ДНК делает возможным сжатие существующих настольных компьютеров до ручных устройств, которые можно использовать в области обеспечения ранней диагностики широкого круга инфекционных заболеваний.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) обычно рассматривается как самое большое достижение в биомедицине всего 20 века и существенная часть каждой молекулярной биологической лаборатории. Пока технологические усовершенствования с течением лет сделали PCR более точной и произвели машины с маленькими следами. Представьте себе «ДНК фотокопир» достаточно маленький, чтобы уместиться на руке, который способен идентифицировать бактерию или вирус, вызывающий инфекционное заболевание, то появления соответствующих симптомов. Сейчас биоинженеры из университета Vanderbilt высказали идею, которую они назвали «адаптивный ПЦР». Новый метод использует левую нить молекулы ДНК (ЛДНК) для наблюдения и контроля молекулярных взаимодействий, которые имеют место в ПЦР.

ЛДНК является зеркальным отображением биологически активной формы ДНК, обнаруживаемой во всех живых организмах. Она имеет такие же физические свойства, как натуральная, правая нить молекулы ДНК, но не вступает в большинство биологических реакций. Поэтому, когда помеченная флуоресцентным раствором ЛДНК добавляется в ПЦР, он ведет себя аналогично нормальной ДНК и подает флуоресцентный сигнал, который свидетельствует о протекании молекулярной реакции и может быть использован для контроля.

Для проверки их идеи, ученые создали рабочий прототип адаптивной ПЦР машины, которые впоследствии интенсивно использовали. Выводы из их работы были недавно опубликованы в Аналитической Химии в статье с названием: «Адаптивный ПЦР, основанный на ощущении гибридизации зеркально-отображенном ЛДНК». Ученые университета Vanderbilt уверены, что они смогут разработать машину размером с большой смартфон, которую можно будет использовать средство мониторинга многих болезней по одному анализу.

Хотя технология считается доработанной, ПЦР машины оказались сложными для функционирования и очень чувствительными к слабым изменениям в химических отношениях образцов и условий окружающей среды. Это в основном происходит из-за того, что невозможно наблюдать процессы, происходящие на молекулярном уровне.

Таким образом, адаптивный подход к контролю процесса ПЦР направлен на упрощение использования, повышая при этом его надежность, уменьшая чувствительность к внешним воздействиям, и уменьшает его в размерах. Поэтому это может освободить ПЦР от лабораторных установок и позволить ему работать в поле или у кровати, где он может быть использован для идентификации различных болезней по их ДНК сигнатурам.

«ПЦР машины достаточно небольшие,» - рассказывает исследователь Николас Адамс, профессор университета Вандербилт. Доктор Адамс представил интересный пример технических проблем, связанных с ПЦР. «Мы имеем три коммерческие ПЦР машины в нашей лаборатории. По крайней мере одна из них не работает. Когда мы кладем одинаковые препараты во все три машины, две из них работают, одна – нет. Я рассказал об этой ситуации по телефону одному техническому эксперту компании. Она спросила меня, расположена ли проблемная машина на расстоянии 8 дюймов от стены? Оказывается, что нет. По мнению эксперта стена мешает потокам воздуха, идущим в машину. Она была права, потому что когда отодвинул машину от стены, последняя начала работать правильно!»

Пока лаборатории находят методы устранения подобных проблем, добавление внутреннего контроля упростило бы задачу молекулярным биологам.

Адаптивная PCR обходит все варианты нормального ПЦР, основываясь на флуоресцентном ЛДНК для определения идеальной температуры отжига и денатурации. С тех пор, как ЛДНК стало доступным для покупки, первым шагом является получение ЛДНК с такими же свойствами, как обычный ДНК, что станет усилением по сравнению с обычным ЛДНК.

Молекулы ЛДНК помечены флуоресцентной краской на одной стороне и «погашены» на другой. Гаситель подавляет свечение краски. Итак, как только молекулы ЛДНК разделились на шаге денатурации, гаситель и краска также разделяются, вызывая при этом усиление свечения. Изучая степень изменения свечения, микропроцессор может определить, когда все ДНК молекулы разделились.

Так же, гаситель краски добавляется в левостороннюю основу. Так когда процесс переходит в стадию отжига и основы добавляются в ЛДНК нити, гасители, которые он несут, начинают заглушать флуоресцентную краску на ЛДНК. Это вызывает потускнение сигнала, что может быть проанализировано для определения момента, когда основы присоединяются к виртуальным ДНК нитям. Количество ЛДНК в образце остается постоянной от цикла к циклу.

Исследователи сообщили, что результаты экспериментов с прототипом системы продемонстрировали, что метод повторяет результаты обычных ПЦР машин в контролируемых состояниях и может эффективно усилить ДНК при условии, если стандартный ПЦР провалится. «Эти преимущества создают потенциал применения методов диагностики, основанных на ПЦР, более доступными за пределами лабораторий, например в полевых или домашних условиях, в которых невозможно постоянно контролировать температуру протекания реакции и подготовить высококачественный препарат».

Назад

Не менее интересно