შეიქმნა ჰაერში ახალი კორონავირუსის ამომცნობი ბიოსენსორი
ამ სტატიაში
ახალი კორონავირუსის გამოსავლენად ბიოსენსორის (ბიოლოგიური დეტექტორის) შექმნა გამოცხადდა. მომავალში ის ხალხმრავალ დახურულ ადგილებსა თუ საავადმყოფოებში ვირუსის კონცენტრაციის გასაზომად შეიძლება გამოიყენონ.
Empa-ს, ETH Zürich-ისა და ციურიხის უნივერსიტეტის მკვლევრები ჩვეულებრივ აეროზოლებისა და ხელოვნური ნანონაწილაკების მსგავსი ჰაერის დამაბინძურებლების გაზომვას, ანალიზსა და შემცირებაზე მუშაობენ. თუმცა მსოფლიოს წინაშე არსებული COVID-19 პანდემიაადრე სხვა სფეროებში მომუშავე ლაბორატორიების მიზნებსა და სტრატეგიებსაც ცვლის. ახალი ფოკუსია SARS-CoV-2-ის სწრაფად და სანდოდ გამომვლენი სენსორი!
- აეროზოლიჰაერში შეწონილ მყარ ან თხევად ნაწილაკებს ეწოდება. დიამეტრი 0.003-დან 100 მიკრომეტრამდე შეიძლება იყოს. კორონავირუსი ძირითადად ხველითა და ახლო კონტაქტით გადასული რესპირატორული წვეთებით ვრცელდება. თუმცა აეროზოლებში არსებული ვირუსით გადაცემასაც ვარაუდობენ.
- ნანონაწილაკიმეტრის მემილიარდედიდან ათმემილიონედამდე ზომის სტრუქტურაა. ჩვენს ენაში ნანომარცვალსაც უწოდებენ.
ვირუსის ბიოსენსორით ამოცნობა ჯგუფის წინა კვლევებისგან შორს არ იყო: COVID-19-ის ჩინეთსა და შემდეგ მსოფლიოში გავრცელებამდეც Wang და კოლეგები ჰაერის ბაქტერიებისა და ვირუსების სენსორებს იკვლევდნენ. იანვრის დასაწყისში კონკრეტული ვირუსის სანდოდ ამომცნობი ბიოსენსორის გაუმჯობესების იდეა გაჩნდა. ის არსებულ ლაბორატორიულ ტესტებს არ ჩაანაცვლებს, თუმცა კლინიკური დიაგნოზის ალტერნატივად და ჰაერის ვირუსული კონცენტრაციის უფრო თვალსაჩინოდ გასაზომად შეიძლება გამოიყენონ, მაგალითად საავადმყოფოებსა და რკინიგზის სადგურებში.
გლობალური ეპიდემიის სწრაფად საკონტროლოდ სასწრაფოდ საჭიროა სწრაფი და სანდო ტესტები. რესპირატორულ ინფექციებში ვირუსისთვის ლაბორატორიათა უმეტესობა უკუტრანსკრიფციული პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქციის, მოკლედ RT-PCR მოლეკულურ მეთოდს იყენებს. მეთოდი კარგად დამკვიდრებულია და ვირუსის მცირე რაოდენობასაც ამოიცნობს, თუმცა დრო სჭირდება და შეცდომისკენაც მიდრეკილია.
ოპტიკური სენსორი RNA ნიმუშებისთვის
Jing Wang-მა და გუნდმა ოპტიკური ბიოსენსორის ფორმის ალტერნატიული ტესტი შექმნეს. ვირუსის სანდოდ და უსაფრთხოდ ამოსაცნობად სენსორი ოპტიკურ (სინათლის) და თერმულ (სითბოს) ეფექტებს აერთიანებს.
სენსორი მინის ფენაზე მოთავსებულ მცირე ოქროს ნანონაწილაკებს, ოქროს ნანოკუნძულებს (AuNIs), ეფუძნება. მათზე SARS-CoV2-ის RNA-ს შესაბამისი ხელოვნური DNA რეცეპტორები მაგრდება. კორონავირუსი RNA ვირუსია: მისი გენომი ცოცხალ ორგანიზმებში არსებული ორჯაჭვიანი DNA-სგან კი არა, ერთჯაჭვიანი RNA-სგან შედგება. ამიტომ სენსორის რეცეპტორები ვირუსის სპეციფიკური RNA-ის სანდოდ ამომცნობი კომპლემენტური მიმდევრობებია.
ამოცნობის ტექნოლოგია LSPR-ია (ლოკალიზებული ზედაპირული პლაზმონური რეზონანსი). ეს მეტალის ნანონაწილაკების ოპტიკური მოვლენაა: აგზნებისას ტალღის გარკვეულ დიაპაზონში სინათლეს ცვლიან და გარშემო პლაზმონურ ახლო ველს ქმნიან. ზედაპირზე მოლეკულათა შეკავშირება ველის ლოკალურ გარდატეხის ინდექსს ცვლის. უკან მოთავსებული ოპტიკური სენსორი ცვლილებას ზომავს და ნიმუშში შესაბამისი RNA ჯაჭვის არსებობას ადგენს.
ზემოთ სურათშინაჩვენებია AuNI-ში PPT სითბოს წყაროს გარშემო სკანირებული ლოკალური LSPR პასუხები. მნიშვნელოვანია, სენსორზე მხოლოდ DNA რეცეპტორთან სრულად შესაბამისი RNA ჯაჭვები იყოს. აქ მეორე ეფექტი ერთვება: პლაზმონური ფოტოთერმული (PPT) ეფექტი. სენსორის ნანონაწილაკების ზუსტი ტალღის სიგრძის ლაზერით აგზნება ლოკალურ სითბოს წარმოქმნის.
ტემპერატურა სანდოობას ზრდის
როგორ ეხმარება ეს სანდოობას? ვირუსის გენომი ერთ RNA ჯაჭვს შეიცავს. კომპლემენტური მეწყვილის პოვნისას ისინი ჰიბრიდიზაციით ორჯაჭვიან სტრუქტურას ქმნიან. მისი ერთჯაჭვიანებად დაშლა დნობად ან დენატურაციად იწოდება და გარკვეულ დნობის ტემპერატურაზე ხდება. თუ გარემო მასზე დაბალია, არაკომპლემენტური ჯაჭვებიც შეიძლება შეიკრას. მხოლოდ ოდნავ დაბალი ტემპერატურისას კი მხოლოდ კომპლემენტურები ერთიანდება. სწორედ ესაა PPT-ით გაზრდილი გარემოს ტემპერატურის შედეგი.
ახალი სენსორის სანდოობის დასამტკიცებლად მკვლევრებმა ახლო ნათესავ SARS-CoV-ზე გამოცადეს. ეს 2003 წელს გაჩენილი, SARS-ის გლობალური ეპიდემიის გამომწვევი ვირუსია. SARS-CoV და SARS-CoV2 მხოლოდ RNA-ის მცირე სხვაობებით განსხვავდება. დადასტურება წარმატებული იყო. Jing Wang ამბობს: „ტესტებმა აჩვენა, რომ სენსორი ორი ვირუსის ძალიან მსგავს RNA მიმდევრობებს მკაფიოდ არჩევს“. პასუხები რამდენიმე წუთში მზადაა.
ზემოთ სურათშინაჩვენებია ძალიან დაბალი ვირუსული კონცენტრაციების გაზომვა ორმაგფუნქციური LSPR ბიოსენსორებით. ეფექტიანობისთვის RdRp-COVID-ის პლაზმონური ამოცნობა 0.01 pM-დან 50 uM-მდე დიაპაზონში შეისწავლეს. RdRp-COVID-ის გარდა SARS-CoV-2-ისა და SARS-CoV-ის სხვადასხვა გენომურ მიმდევრობებზე შერჩევითი ჰიბრიდიზაციითაც სისტემა დაადასტურეს: SARSCoV- 2-ის ORF1ab-COVID და E მიმდევრობები, SARS-CoV-ის RdRp-SARS მიმდევრობა.
დასკვნა
გარემოს ვირუსის ბიოსენსორებით ამოცნობა მოწინავე ბიოინჟინერიულ ცოდნასა და გამოცდილებას მოითხოვს. კვლევის მსგავსად მეტრის მემილიარდედის ზომებში ბიოლოგიის, სენსორისა და ოპტიკის გამოცდილების შერწყმით დახვეწილი ბიოტექნოლოგიური მოწყობილობების შექმნას ცდილობენ. ციურიხის კვლევის პროდუქტები მომავალი გლობალური ეპიდემიების მთავარი მონაწილე შეიძლება გახდეს. თუმცა სენსორი ჰაერის კონცენტრაციის, მაგალითად ციურიხის ცენტრალურ სადგურში, გასაზომად ჯერ მზად არაა. რამდენიმე ნაბიჯი კვლავ საჭიროა: ჰაერის შემწოვი, აეროზოლების დამაკონცენტრირებელი და ვირუსიდან RNA-ის გამომყოფი სისტემა. Wang ამბობს: „მისი განვითარება ჯერ კიდევ საჭიროა“. მზადყოფნისას პრინციპი სხვა ვირუსებზეც გამოდგება და ადრეული ეპიდემიის აღმოჩენასა და შეჩერებას დაეხმარება.
- ყველა ჩვენი სტატია კორონავირუსზე -
ეს სტატია სასარგებლო იყო თქვენთვის?
თქვენი გამოხმაურება გვეხმარება შინაარსის გაუმჯობესებაში.
მკითხველთა კომენტარები
გაგვიზიარეთ თქვენი კომენტარი
თქვენი სახელი და კომენტარი მხოლოდ ადმინისტრატორის დამტკიცების შემდეგ გამოქვეყნდება. ელფოსტის მისამართი ვიზიტორებს არასოდეს ეჩვენებათ.
პირველმა დაწერეთ კომენტარი.