Вчені створили інструмент, який швидко виявляє небезпечні варіанти коронавірусу

Сенсорний інструмент використовує клітинну мембрану, також відому як біомембрана, на мікрочіпі, який відтворює клітинне середовище для - і біологічні етапи - інфекції. Це дозволяє дослідникам швидко характеризувати варіанти, що викликають занепокоєння, та аналізувати механізми, які сприяють поширенню хвороби, не ув'язуючи у складності живих систем.

Статтю групи «Відтворення біологічних етапів вірусної інфекції на безклітинній біоелектронній платформі для профілювання вірусних варіантів, що викликають занепокоєння» було опубліковано в Nature Communications. Співавторами є постдокторанти Чжунмоу Чао та Катерина Селиванович.

Підписуйтеcь на наш Telegram-канал Lenta.UA - ЄДИНІ незалежні новини про події в Україні та світі

«У новинах ми бачимо, як періодично з'являються ці варіанти, що викликають занепокоєння, такі як дельта, омікрон і так далі, і це ніби лякає всіх. Перші думки: Моя вакцина покриває цей новий варіант? Наскільки мені слід турбуватися? — сказала Сьюзан Деніел, професор Фреда Х. Родса у Школі хімічної та біомолекулярної інженерії Роберта Фредеріка Сміта у Корнеллському інженерному університеті та старший автор статті. «Потрібно деякий час, щоб визначити, чи є варіант справді причиною для занепокоєння, чи він просто зникне».

Група Деніел розробила платформу спільно з командою з Кембриджського університету під керівництвом професора Ройсін Оуенс. Деніел і Оуенс вперше співпрацювали майже десять років тому у спробі розмістити біомембранні латки на електронних пристроях як спосіб проведення токсикологічних вимірювань — попередника нової платформи.

Хоча на мікрочіпах було розміщено безліч біологічних елементів, від клітин до органел та органоподібних структур, нова платформа відрізняється від цих пристроїв, оскільки вона фактично відтворює біологічні сигнали та процеси, що призводять до ініціювання інфекції на клітинній мембрані окремої клітини. По суті, вона обманює варіант, змушуючи його поводитися так, ніби він перебуває у реальній клітинній системі свого потенційного господаря.

Вивчення вірусів у клітинних системах експонентно складно. Не те, щоб проектування біомембранної платформи було простим.

"Щоб відтворити складний процес зараження поза клітиною, потрібно знати основні біологічні елементи та сигнали", - сказала Деніел. «Також потрібно знати, як виготовляти ці мікроелектроди та накладати на них ці крихітні мембранні накладки. Досить складно змусити їх лягти на цю маленьку мікроелектродну накладку саме так, як треба. Це, мабуть, найскладніша частина, чесно кажучи».

Дослідники працювали з Cornell Nanoscale Facility для виготовлення мікроелектродних матриць, які нагадують крихітних павучків із золотим візерунком, і кожен електродний майданчик був покритий клітинною мембраною. Зразок мембрани, скажімо, з клітини легені поміщається на мікроелектрод, а потім додається вірус. Якщо вірус виявляє потрібний рецептор цьому ділянці, він зв'язується. Біосенсор вимірює, як змінюється електричний опір, коли варіант взаємодіє з шаром господаря мембрани та намагається доставити свій геном через мембрану клітини господаря, щоб він міг випустити свої інструкції з іншого боку.

"Потенційно може існувати кореляція між тим, наскільки добре той чи інший варіант може доставляти свій геном через шар біомембрани, і тим, наскільки цей варіант може бути небезпечним з точки зору його здатності заражати людей", - сказала Деніел.

«Якщо він здатний дуже ефективно вивільняти свій геном, можливо, це показник того, що нам слід уважно стежити за варіантом, що викликає занепокоєння, або розробити нову вакцину, що включає його. Якщо він не вивільняє його дуже добре, то, можливо, варіант, що викликає занепокоєння, є чимось менш тривожним».

«Головне, що нам потрібно швидко класифікувати ці варіанти, щоб ми могли ухвалювати обґрунтовані рішення, і ми можемо робити це дуже швидко за допомогою наших пристроїв. Ці аналізи проводяться за лічені хвилини, і вони «без міток», тобто вам фактично не потрібно помічати вірус, щоб відстежувати його розвиток».

Оскільки дослідники здатні точно відтворити біологічні умови та сигнали, що активують вірус, вони можуть змінювати ці сигнали і спостерігати, як вірус реагує.

"З точки зору розуміння базової науки про те, як відбувається зараження і які сигнали можуть допомогти або завадити йому, це унікальний інструмент", - сказала Деніел. «Тому що ви можете розділити багато аспектів послідовності реакцій та визначити, які фактори сприяють чи перешкоджають зараженню».

Платформу можна адаптувати для інших вірусів, таких як грип та кір, за умови, що дослідники знають, який тип клітин має схильність до зараження, а також які біологічні особливості дозволяють конкретній інфекції процвітати. Наприклад, грипу потрібне падіння pH, щоб активувати його гемаглютинін, а коронавірус має фермент, який активує його спайковий білок.

«Кожен вірус має свій власний спосіб дії. І вам потрібно знати, що це таке, щоб відтворити процес зараження на чіпі», — сказала Деніел. Але як тільки ви їх дізнаєтеся, ви зможете побудувати платформу для задоволення будь-яких з цих конкретних умов.

Фото: pixabay.com

Важливо! Матеріал підготовлений на підставі останніх, науково перевірених та актуальних досліджень у сфері медицини. Матеріал, підготовлений журналістом «Lenta.UA», має виключно інформаційний характер і не є закликом до дії чи підстави для встановлення медичного діагнозу. Всі рішення щодо здоров'я повинні бути обов'язково узгоджені з Вашим лікарем, закликаємо обов'язково звертатися до фахівців.

Читайте також: Вчені з'ясували, як шлях проникнення у клітину впливає результат зараження коронавірусом

Читайте також: Вчені з'ясували, хто найбільше захищений від майбутніх інфекцій SARS-CoV-2