Инновационные биотехнологии сегодня начинают новую главу в борьбе с вирусными инфекциями, и примером этого служит разработка российской команды: ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирского федерального университета и Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН разработали высокоточный биолюминесцентный тест для диагностики клещевого энцефалита, опираясь на уникальные свойства белка из морского рачка Metridia longa. Эта работа открывает новые горизонты не только для вирусологии, но и для всей современной медицинской диагностики.
Открытие самой миниатюрной светящейся молекулы
В центре проекта — люцифераза морского рачка Metridia longa, самый компактный из известных природе биолюминесцентных белков. Особенность этой молекулы заключается не только в ее исключительной миниатюрности, но и в рекордной яркости свечения. Такой белок стал настоящей находкой для биотехнологов, стремящихся к созданию высокочувствительных и точных тест-систем.
Люцифераза Metridia отличается тем, что запускает биолюминесцентную реакцию при участии лишь одной синтетической молекулы-субстрата и кислорода, без каких-либо дополнительный компонентов. Благодаря небольшому размеру люциферазы белок гораздо проще синтезировать в рекомбинантных клеточных системах, а значит, можно быстро получать большие объемы светящегося белка для масштабных исследований и коммерческого производства тестов.
Партнерство ведущих научных учреждений
Разработкой новой тест-системы занимались исследователи из Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН», при участии специалистов из Сибирского федерального университета и Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Эта сложная работа стала возможна благодаря поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Правительства Красноярского края и Красноярского краевого научного фонда. Куратором проекта выступала кандидат биологических наук Марина Ларионова, научный сотрудник Института биофизики КНЦ СО РАН.
Ученые отметили, что применяемая технология рекомбинантного синтеза белка, использующая культуры гусеничных клеток, позволила добиться высокой чистоты, однородности и активности получаемого биолюминесцентного белка, что крайне важно для диагностических целей.
Принципы действия теста нового поколения
В разработанном тесте ключевую роль играют две функциональные части. Первая – это специально созданное антитело, распознающее вирус клещевого энцефалита и способное к нему связываться. Вторая – биолюминесцентный белок, сообщающий о факте обнаружения вируса с помощью чёткого светового сигнала. Такой подход не только минимизирует риск ошибок, но и обеспечивает очень высокий уровень чувствительности анализа.
Связка особенно эффективна благодаря миниатюрности люциферазы Metridia longa: чем меньше молекула-репортер, тем проще объединить её с антителами и сохранить высокую активность композиции. Это позволило авторам снизить нижний предел детектируемой концентрации вируса в исследуемых пробах, а значит — повысить точность диагностики.
Значительные преимущества по сравнению с традиционными решениями
Предшествующий биолюминесцентный маркер на основе люциферазы Renilla имел примерно вдвое большую молекулярную массу, чем Metridia longa. Новая разработка позволила уменьшить репортер почти вдвое, что существенно упрощает его синтез и снижает вероятность ошибок при производстве. Кроме того, тест с использованной люциферазой Metridia делается быстрее: вместо стандартного времени анализа новый формат позволяет получить достоверный результат примерно на 30 минут раньше.
Марина Ларионова поясняет, что такая миниатюризация позволяет гораздо эффективнее сочетать белок со специфическими антителами, что обеспечивает стабильность свечения молекулы даже после их слияния. Кроме этого, разработчики отмечают заметный рост биолюминесцентной активности нового репортера. В результате, по их данным, уровень выявления вируса был увеличен: стало возможным обнаруживать вирус в пробах даже при полуторакратном снижении концентрации в сравнении с ранними методами.
Практическая экономичность метода также впечатляет: одного миллиграмма гибридного белка в тест-системе хватает более чем на 100 тысяч анализов.
Биотехнологический потенциал производства и перспективы применения
Участники проекта показывают, что из литра генетически модифицированой культуры клеток, экспрессирующей люциферазу Metridia longa, можно получать от трех до пяти миллиграмм высокоочищенного белка. Такой подход открывает двери к масштабному биотехнологическому производству диагностических систем нового поколения.
Отдельно следует отметить, что внедрение этих инновационных тестов требует модернизации оснащения диагностических лабораторий, так как необходимы специальные устройства для фиксации слабого биолюминесцентного сигнала. Однако уверенность исследователей в потенциале новинки подкрепляется не только качеством, но и экономической доступностью: использование метода на базе Metridia luciferase позволяет изготавливать большое количество тестов из минимального объема исходного биологического материала.
Благодаря этому, новая технология помимо диагностики клещевого энцефалита может быть адаптирована и к выявлению других инфекций, особенно там, где необходимы точность и быстрота результата.
Перспективы исследований с поддержкой региональных и федеральных фондов
Создание теста стало возможным благодаря поддержке сразу нескольких научных и государственных организаций — Российского фонда фундаментальных исследований, Правительства Красноярского края и Красноярского краевого научного фонда. Такое сотрудничество позволило объединить научный потенциал региона и вывести отечественную диагностику на мировой уровень.
Авторы исследования уверены, что дальнейшее развитие технологии биолюминесцентных тест-систем не только усилит возможности борьбы с опасными вирусами, но и создаст новые стандарты в лабораторной диагностике. Перспективными задачами ученые называют не только расширение сферы применения тест-систем с использованием люциферазы Metridia longa, но и интеграцию их в массовую медицинскую практику по всей России.
Оптимизм и новые горизонты диагностики
Опыт, полученный благодаря совместной работе ведущих сибирских и красноярских научных команд, подтверждает, что даже самая компактная светящаяся молекула способна кардинально изменить уровень лабораторных исследований. Российская наука продемонстрировала, что может находить и реализовывать уникальные решения мирового класса, делая ставку на инновации и преемственность. Впереди — новые открытия, и уверенное продвижение к более быстрому и точному выявлению инфекционных заболеваний, что непременно скажется на здоровье и благополучии общества.
Иллюстрация: Пробирка с биолюминесцентным белком/Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук» (ФИЦ КНЦ СО РАН)
