Ученые создают биосенсор для экспресс-диагностики стресса и токсикологического загрязнения

Ученые из Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ под руководством старшего научного сотрудника лаборатории биолюминесцентных биотехнологий, постдока Раджива Ранджана (Индия) и заведующей кафедрой биофизики ИФБиБТ СФУ, ведущего научного сотрудника лаборатории биолюминесцентных биотехнологий В. А. Кратасюк разрабатывают высокочувствительный биосенсор, предназначенный для обнаружения токсичных веществ при помощи биолюминесцентного ингибиторного анализа, а также для мониторинга биомаркера стресса и онкологических заболеваний — белка теплового шока 90 (Hsp90).

«Мы исследуем универсальные механизмы взаимодействия наноматериалов и биологических объектов разного уровня организации, необходимые для разработки биосенсоров, в которых усиление биолюминесцентного сигнала, а значит, и чувствительности анализа достигается за счет интеграции наночастиц с биолюминесцентными зондами — аденозинтрифосфатом (АТР) и флавинмононуклеотидом (FMN).

ATP и FMN — ключевые субстраты люциферазы светляков и светящихся бактерий.

Выбор этих биологических объектов неслучаен, так как обе биолюминесцентные системы широко применяются при создании биолюминесцентных биосенсоров, позволяющих получать быстрый и достоверный анализ уровня разнообразных веществ.

Для усиления биолюминесценции мы выбрали наночастицы золота (AuNP); произошло усиление сигнала при связывании, например, АТР с AuNP до 150%», — сообщил Раджив Ранджан.

Свойства усиленной люминесценции AuNP могут использоваться для мониторинга белка Hsp90, повышенный уровень которого традиционно считается биомаркером стресса и онкологических заболеваний.

«Был создан биологический модуль для мониторинга «белка стресса» на основе наночастиц золота, связанных с молекулами аденозинтрифосфата, который обладает повышенной стабильностью.

При проведении люминесцентной реакции с использованием полученного биологического модуля в присутствии Hsp90 происходит рефолдинг (восстановление структуры) люциферазы при определенных температурных режимах, изменяется кинетика люминесцентной реакции, что позволяет измерить количества Hsp90, а значит, обнаружить стресс или диагностировать онкологическое заболевание.

Мы показали, что разработанный биологический модуль биосенсора может применяться в том числе для обнаружения тяжелых металлов, а также для контроля стрессовых перегрузок у спортсменов.

Работа в этом направлении продолжается. В дальнейшем полученные наночастицы будут использоваться для увеличения чувствительности биолюминесцентных методов анализа», — уточняет В. А. Кратасюк.