Yeni koronavirusu HAVADA AŞKAR edə bilən biosensor hazırlandı

Yeni növ koronavirusun aşkarlanması üçün biosensor (bioloji sensor) hazırlandığı elan edildi. Bu biosensor gələcəkdə çoxsaylı insanın olduğu qapalı yerlərdə və ya xəstəxanalarda virus sıxlığının ölçülməsində istifadə edilə bilər.

Empa, ETH Sürix və Sürix Universitetinin tədqiqatçıları adətən aerozollar və süni istehsal edilən nanohissəciklər kimi havanı çirkləndirən maddələrin ölçülməsi, təhlili və azaldılması üzərində işləyirlər. Lakin bütün dünyanın hazırda üzləşdiyi COVID-19 pandemiyasıəvvəllər müxtəlif sahələrdə çalışan laboratoriyaların hədəf və strategiyalarını da dəyişdirir. Yeni diqqət mərkəzi: yeni növ koronavirus SARS-CoV-2-ni sürətli və etibarlı şəkildə aşkar edə biləcək sensor!

• Aerozolhavada asılı qala bilən bərk və ya maye hissəciklərə deyilir. Ölçüləri diametr olaraq 0.003 mikrometrdən 100 mikrometrə qədər ola bilər. Koronavirus əsasən öskürək və yaxın təmasla bir şəxsdən digərinə keçən tənəffüs damcıları ilə yoluxur. Lakin aerozollardakı virus səbəbindən də yoluxma ola biləcəyi düşünülür.
• Nanohissəcikmetrin milyardda – on milyonda biri ölçüsündə strukturlardır. Dilimizdə nanodənəcik kimi də istifadə edilir.

Virusun aşkarlanması üçün biosensor fikri bu tədqiqat qrupunun əvvəlki işlərindən çox uzaq deyildi: hətta COVID-19 əvvəl Çində, sonra dünyada yayılmağa başlamazdan öncə Wang və həmkarları havadakı bakteriya və virusları aşkar edə biləcək sensorları araşdırırdılar. Yanvarın əvvəlində müəyyən virusu etibarlı tanıya biləcək yeni biosensor hazırlamaq fikri yarandı. Əlbəttə, sensor mövcud laboratoriya testlərini əvəz etməyəcək, lakin klinik diaqnozlar üçün alternativ üsul və eyni zamanda havadakı virus sıxlığının daha görünən ölçülməsi üçün istifadə edilə bilər. Məsələn, xəstəxana və qatar stansiyaları kimi izdihamlı, sıx yerlərdə.

Qlobal epidemiyanın ən qısa müddətdə nəzarətə alınması üçün sürətli və etibarlı testlərə təcili ehtiyac var. Əksər laboratoriyalar tənəffüs infeksiyalarında virusu aşkar etmək üçün əks transkripsiyalı polimeraza zəncir reaksiyası adlanan və ya qısaca RT-PCR deyilən molekulyar üsul istifadə edir. Bu üsul yaxşı müəyyən edilib və hətta çox az virusu aşkar edə bilər – lakin vaxt aparır və səhvə meyilli ola bilir.

RNA nümunələri üçün optik sensor

Jing Wang və komandası optik biosensor formasında alternativ test üsulu hazırladılar. Sensor virusu etibarlı və təhlükəsiz aşkar etmək üçün iki fərqli təsiri birləşdirir: optik (işıq) və termal (istilik).

Sensor şüşə altlıq üzərində qızıl nanoislandlar (AuNIs) adlanan kiçik qızıl nanohissəciklərinə əsaslanır. SARS-CoV2-nin RNA ardıcıllıqlarına uyğun süni hazırlanmış DNA reseptorları nanoislandlara yerləşdirilir. Koronavirus bir RNA virusudur: genomu canlı orqanizmlərdəki ikizəncirli DNAdan yaranmır, təkzəncirli RNA-dan ibarətdir. Buna görə sensor üzərindəki reseptorlar virusun spesifik RNA zəncirlərini etibarlı tanıya bilən tamamlayıcı ardıcıllıqlardır.

Tədqiqatçıların aşkarlama üçün istifadə etdiyi texnologiya LSPR-dir (Lokal Səth Plazmon Rezonansı). Bu, metal nanohissəciklərin yaratdığı optik hadisədir: stimullaşdırıldıqda müəyyən dalğa uzunluğu aralığında gələn işığı modulyasiya edir və nanohissəcik ətrafında plazmonik yaxın sahə yaradırlar. Molekullar səthə bağlandıqda stimullaşdırılmış plazmonik yaxın sahədə lokal sınma əmsalı dəyişir. Sensor arxasındakı optik sensor bu dəyişikliyi ölçmək üçün istifadə edilə bilər və beləcə nümunədə sözügedən RNA zəncirinin olub-olmadığı aşkarlanır.

Yuxarıdakı şəkildəAuNI-lərdə PPT, istilik mənbəyi ətrafında skan edilən lokal LSPR cavabları göstərilib. Lakin sensor üzərində yalnız DNA reseptoruna tam uyğun bu RNA zəncirlərinin olması mühümdür. Sensor üzərində ikinci təsirin işə düşdüyü yer budur: plazmolik fototermal (PPT) təsir. Sensor üzərindəki nanohissəciklər müəyyən dalğa uzunluğunda lazerlə stimullaşdırılsa, lokal istilik yaradır.

Temperatur etibarlılığı artırır

Bəs bu etibarlılığa necə kömək edir? Qeyd edildiyi kimi virus genomu tək RNA zənciri daşıyır. Bu zəncir tamamlayıcı tayını taparsa, ikisi hibridləşmə adlanan proseslə ikizəncirli quruluş yaratmaq üçün birləşir. Bu cüt – ikizəncir tək zəncirlərə ayrılanda – ərimə və ya denaturasiya adlanır. Bu hadisə müəyyən ərimə temperaturunda baş verir. Lakin mühit temperaturu ərimə temperaturundan aşağı olarsa, tamamlayıcı olmayan zəncirlər də bağlana bilər. Mühit temperaturu yalnız çox az aşağı olarsa, yalnız tamamlayıcı zəncirlər birləşir. Bu isə PPT təsirindən yüksələn mühit temperaturunun nəticəsidir.

Yeni sensorun hazırkı koronavirusu nə qədər etibarlı aşkarladığını sübut etmək üçün tədqiqatçılar onu çox yaxın əlaqəli virusla sınadılar: SARS-CoV. Bu, 2003-cü ildə yaranan və SARS qlobal epidemiyasını başladan virusdur. İki virusun (SARS-CoV və SARS-CoV2) yalnız RNA-larında çox kiçik fərq var. Təsdiqləmə uğurlu oldu: Jing Wang “Testlər sensorun bu iki virusun çox oxşar RNA ardıcıllıqlarını aydın fərqləndirə bildiyini göstərdi” deyə açıqladı. Həmçinin nəticələr bir neçə dəqiqədə hazır olur.

Yuxarıdakı şəkildəikifunksiyalı LSPR biosensorlarından istifadə ilə çox aşağı virus konsentrasiyalarının ölçülə bildiyi göstərilib. Aşkarlama performansını ölçmək üçün RdRp-COVID-nin ikifunksiyalı plazmonik aşkarlamaları 0.01 pM-dən 50 uM-a qədər konsentrasiya aralığında ayrıca araşdırılıb, RdRp-COVID ardıcıllığına əlavə olaraq SARS-CoV-2 və SARS-CoV-dən bir neçə müxtəlif genom ardıcıllığında seçici hibridləşmə aşkarlanması ilə ikifunksiyalı LSPR sensor sistemi də təsdiqlənib: SARSCoV- 2-dən ORF1ab-COVID ardıcıllığı və E ardıcıllığı, SARS-CoV-dən RdRp-SARS ardıcıllığı.

Nəticə

Mühitdəki virusun biosensorlarla aşkarlanması qabaqcıl biomühəndislik biliyi və təcrübəsi tələb edir. Bu tədqiqatdan da göründüyü kimi, metrin milyardda biri ölçülərində biologiya, sensor və optika elminin təcrübələri birləşdirilərək mürəkkəb biotexnoloji cihazlar istehsal edilməyə çalışılır. Sürixdən gələn bu tədqiqatın məhsulları gələcək qlobal epidemiyalarda əsas iştirakçılardan ola bilər. Lakin hazırda sensor havadakı (məsələn, Sürix mərkəzi dəmiryol stansiyasında) koronavirus sıxlığını ölçmək üçün hələ hazır deyil. Hələ bir neçə inkişaf addımına ehtiyac var – məsələn, havanı çəkən, daxilindəki aerozolları cəmləyən və viruslardan RNA-nı azad edən sistem. Wang “bunun hələ inkişaf etdirilməsi lazımdır” deyir. Lakin sensor hazır olduqda bu prinsip digər viruslara da tətbiq edilərək epidemiyanı erkən mərhələdə aşkar edib dayandırmağa kömək edə bilər.

- BÜTÜN KORONAVİRUS YAZILARIMIZ -

Xarici məzmunu görmək üçün seçimləri tənzimləyin

Xarici məzmunu görmək üçün seçimləri tənzimləyin