Коронавирусная эпидемия вызвала всплеск интереса к молекулярным механизмам разных диагностических методов.

Детектирование вируса с помощью ДНК-аптамеров и рамановской спектроскопии с усиливающей поверхностью (SERS). Из биологического образца отфильтровывают крупные биомолекулы, которые могут помешать вирусным частицам взаимодействовать с аптамерами. Затем образец с вирусом смешивают с аптамерами на коллоидном серебре, которое усиливает спектроскопический SERS-сигнал. На аптамерах сидят молекулы рамановской краски. Частицы вируса вытесняют рамановскую краску из аптамеров, и SERS-сигнал от краски уменьшается. По разнице в сигнале от аптамеров до и после взаимодействия с вирусом можно оценить, сколько вируса было в образце. Рисунок (с изменениями) из статьи: Zhdanov et al. A Combination of Membrane Filtration and Raman-Active DNA Ligand Greatly Enhances Sensitivity of SERS-Based Aptasensors for Influenza A Virus. // Frontiers in Chemistry, 1 June 2022, Volume 10, Article 937180/CC BY 4.0.

ДНК как биосенсор

Коронавирусная эпидемия вызвала всплеск интереса к молекулярным механизмам разных диагностических методов. Даже те, кто от этого далёк, знают, что такое полимеразная цепная реакция (ПЦР) и как устроены антитела. Вирус можно обнаружить косвенно, то есть по антителам, которые против него наработал иммунитет. Или же его можно обнаружить напрямую, то есть по его нуклеиновой кислоте, — и тогда используется ПЦР, или по его белкам — в этом случае нужны лабораторные антитела против вирусных белков. Естественно, у разных методов будет разная специфичность, разная чувствительность, разная скорость и разная стоимость.

Вообще проблемы специфичности, чувствительности, скорости и стоимости — это общие проблемы любых методов анализа, идёт ли речь о вирусе или о какой-то небольшой молекуле. Исследования доцента кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, доктора химических наук Елены Завьяловой и её коллег посвящены особой группе методов, которые можно использовать в биомедицинских целях и которые отличаются высокой чувствительностью и скоростью. Суть их в объединении аптамеров и гигантского комбинационного рассеяния света — и здесь, конечно, нужно хотя бы кратко пояснить, что это значит. Аптамерами называют короткие искусственно синтезированные нуклеиновые кислоты, длиной в несколько десятков нуклеотидов. Их специально конструируют так, чтобы они специфично связывались с другими молекулами. По сути, аптамеры работают как антитела. В антителах полипептидная цепь принимает такую пространственную форму, чтобы совпасть с пространственной формой какого-нибудь вирусного белка или клеточной стенки бактерии, липида и т. д. Структура «хватательной» части антител обеспечивает высокую специфичность «хватания», а физико-химические связи между антителом и схваченной молекулой получаются чрезвычайно прочными...

№4, 2023