A fost dezvoltat un biosenzor care poate DETECTA ÎN AER noul coronavirus

noul coronavirus poate fi detectat cu ajutorul unui biosenzor, un senzor biologic a cărui dezvoltare a fost anunțată. În viitor, acest biosenzor ar putea fi folosit pentru măsurarea concentrației virusului în spații închise aglomerate sau în spitale.

Cercetătorii de la Empa, ETH Zürich și Universitatea din Zürich lucrează de obicei la măsurarea, analizarea și reducerea poluanților din aer, precum aerosolii și nanoparticulele produse artificial. Însă pandemia de COVID-19, cu care se confruntă în prezent întreaga lume, schimbă și obiectivele și strategiile laboratoarelor care lucrau anterior în alte domenii. Noul punct de interes: un senzor capabil să detecteze rapid și fiabil noul coronavirus SARS-CoV-2!

• Aerosoliisunt particule solide sau lichide care pot rămâne suspendate în aer. Diametrul lor poate varia de la 0,003 micrometri la 100 de micrometri. Coronavirusul se transmite în principal prin picături respiratorii care trec de la o persoană la alta prin tuse și contact apropiat. Totuși, se consideră că poate avea loc transmiterea și prin virusul prezent în aerosoli.
• Nanoparticulelesunt structuri cu dimensiuni între o miliardime și o zece-milionime de metru. Sunt numite și nanogranule.

Ideea unui biosenzor pentru detectarea virusului nu era foarte îndepărtată de cercetările anterioare ale acestui grup. Chiar înainte ca COVID-19 să înceapă să se răspândească mai întâi în China și apoi la nivel mondial, Wang și colegii săi studiau senzori capabili să detecteze bacterii și virusuri din aer. La începutul lunii ianuarie a apărut ideea dezvoltării încă unui biosenzor care să identifice fiabil un anumit virus. Desigur, senzorul nu va înlocui testele de laborator existente, dar ar putea fi utilizat ca metodă alternativă de diagnostic clinic și, în același timp, pentru măsurarea mai vizibilă a concentrației virusului în aer, de exemplu în locuri aglomerate și intens circulate, precum spitalele și gările.

Pentru a aduce pandemia mondială sub control cât mai repede, există o nevoie urgentă de teste rapide și fiabile. Pentru a detecta virusul în infecțiile respiratorii, majoritatea laboratoarelor folosesc o metodă moleculară numită reacție de polimerizare în lanț cu transcripție inversă, pe scurt RT-PCR. Metoda este bine stabilită și poate detecta chiar și cantități foarte mici de virus, însă necesită timp și poate fi predispusă la erori.

Un senzor optic pentru probe de RNA

Jing Wang și echipa sa au dezvoltat o metodă alternativă de testare sub forma unui biosenzor optic. Pentru a detecta virusul fiabil și în siguranță, senzorul combină două efecte diferite: optic, legat de lumină, și termic, legat de căldură.

Senzorul se bazează pe mici nanoparticule de aur, numite nanoinsule de aur (AuNIs), aflate pe un substrat de sticlă. Pe nanoinsule sunt fixați receptori DNA produși artificial, complementari secvențelor RNA ale SARS-CoV2. Coronavirusul este un virus cu RNA : genomul său nu este format, precum în organismele vii, din DNAdublu catenar, ci dintr-un RNA monocatenar. De aceea, receptorii de pe senzor sunt secvențe complementare care pot identifica fiabil lanțurile RNA specifice virusului.

Tehnologia folosită de cercetători pentru detectare este LSPR, rezonanța plasmonică de suprafață localizată. Este un fenomen optic care apare la aceste nanoparticule metalice: atunci când sunt excitate, ele modulează lumina incidentă într-un anumit interval de lungimi de undă și formează un câmp plasmonic apropiat în jurul nanoparticulei. Când moleculele se leagă de suprafață, indicele local de refracție din câmpul plasmonic apropiat excitat se modifică. Un senzor optic aflat în spatele dispozitivului poate măsura această schimbare, stabilind astfel dacă proba conține lanțul RNA respectiv.

În figura de mai sussunt prezentate răspunsurile LSPR locale scanate în jurul sursei de căldură PPT în AuNI. Însă este important ca pe senzor să se afle doar lanțurile RNA care se potrivesc exact cu receptorul DNA. Aici intervine un al doilea efect al senzorului: efectul fototermic plasmonic (PPT). Dacă nanoparticulele de pe senzor sunt excitate cu un laser la o lungime de undă precisă, ele produc căldură locală.

Temperatura crește fiabilitatea

Cum contribuie aceasta la fiabilitate? După cum s-a menționat, genomul virusului conține un singur lanț RNA. Dacă acesta își găsește partenerul complementar, cele două se unesc pentru a forma o structură dublu catenară printr-un proces numit hibridizare. Când această pereche se separă din nou în lanțuri individuale, procesul este numit topire sau denaturare. Acest lucru se întâmplă la o anumită temperatură de topire. Însă, dacă temperatura mediului este mai mică decât temperatura de topire, se pot lega și lanțuri necomplementare. Dacă temperatura mediului este doar puțin mai mică, participă numai lanțurile complementare. Acesta este rezultatul creșterii temperaturii mediului produse de efectul PPT.

Pentru a demonstra cât de fiabil detectează noul senzor coronavirusul actual, cercetătorii l-au testat cu un virus foarte apropiat: SARS-CoV, virusul apărut în 2003, care a declanșat pandemia SARS. Cele două virusuri, SARS-CoV și SARS-CoV2, prezintă doar diferențe foarte mici în RNA. Iar validarea a reușit. Jing Wang a explicat: „Testele au arătat că senzorul poate distinge clar între secvențele RNA foarte asemănătoare ale acestor două virusuri”. În plus, rezultatele sunt gata în câteva minute.

În figura de mai susse arată că, folosind biosenzori LSPR cu funcție dublă, pot fi măsurate concentrații virale foarte mici. Pentru a măsura performanța de detecție, detectarea plasmonică cu funcție dublă a RdRp-COVID a fost studiată suplimentar în intervalul de concentrații de la 0,01 pM la 50 uM. Pe lângă secvența RdRp-COVID, sistemul LSPR cu funcție dublă a fost validat prin detectarea hibridizării selective a mai multor secvențe genomice diferite din SARS-CoV-2 și SARS-CoV: secvența ORF1ab-COVID și secvența E din SARSCoV- 2 și secvența RdRp-SARS din SARS-CoV.

Concluzie

Detectarea virusurilor din mediu cu biosenzori necesită cunoștințe și experiență avansate în bioinginerie. După cum arată acest studiu, la dimensiuni de o miliardime de metru, experiența din biologie, tehnologia senzorilor și optică este îmbinată pentru a încerca producerea unor dispozitive sofisticate biotehnologice. Produsele rezultate din acest studiu din Zürich ar putea deveni actori importanți în viitoarele pandemii mondiale. Însă, în prezent, senzorul nu este încă pregătit să măsoare concentrația coronavirusului în aer, de exemplu în gara centrală din Zürich. Mai sunt necesare câteva etape de dezvoltare, precum un sistem care să aspire aerul, să concentreze aerosolii din el și să elibereze RNA din virusuri. Wang spune: „acest lucru trebuie încă dezvoltat”. Dar, când senzorul va fi gata, principiul ar putea fi aplicat și altor virusuri și ar putea ajuta la detectarea și oprirea unei epidemii într-un stadiu timpuriu.

- TOATE ARTICOLELE NOASTRE DESPRE CORONAVIRUS -

Gestionează preferințele pentru a vedea conținutul extern

Gestionează preferințele pentru a vedea conținutul extern