Создание микрофлюидного биосенсора для диагностики и типирования Mycobacterium Tuberculosis
- Авторы: Митько Т.В.1, Шакуров Р.И.1, Ширшиков Ф.В.1, Сизова С.В.1, Алиева Е.В.2, Конопский В.Н.2, Басманов Д.В.1, Беспятых Ю.А.1
-
Учреждения:
- Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства
- Институт спектроскопии Российской академии наук
- Выпуск: Том 12, № 2 (2021)
- Страницы: 14-20
- Раздел: Оригинальные исследования
- URL: https://journals.rcsi.science/clinpractice/article/view/71815
- DOI: https://doi.org/10.17816/clinpract71815
- ID: 71815
Цитировать
Аннотация
Обоснование. Несмотря на общую тенденцию к снижению заболеваемости впервые выявленными активными формами туберкулеза, в Российской Федерации ситуация с распространением данного заболевания остается чрезвычайно напряженной. При этом, зачастую, диагностика проводится по стандартной схеме, которая занимает порядка месяца и еще месяц занимает постановка тестов на лекарственную чувствительность. Таким образом, актуальным направлением является разработка новых методов диагностики и типирования микобактерий, а также внедрение данных разработок в практику. Большие возможности в этом направлении открывают современные разработки в области микрофлюидных технологий и безмаркерных биосенсоров. Цель исследования — разработка метода идентификации и типирования Mycobacterium tuberculosis с помощью микрофлюидного безмаркерного биосенсора на поверхностных оптических волнах в одномерном фотонном кристалле (ПВФК). Методы. В качестве ДНК-мишеней для типирования возбудителя туберкулеза подобраны и синтезированы олигонуклеотидные зонды. Для модификации рабочей поверхности биосенсора использовались водные растворы (3-аминопропил)триэтоксисилана, декстранов Leuconostoc mesenteroides и бычьего сывороточного альбумина. Эксперименты проводились с помощью ПВФК-биосенсора. Результаты. Подобраны последовательности детектирующих олигонуклеотидных зондов для сполиготипирования M. tuberculosis на платформе ПВФК-биосенсора. Проведена модификация их 3′-концов с целью создания протяженных одноцепочечных участков, не подверженных образованию вторичных структур и способствующих гибридизации с одноцепочечной ДНК-мишенью. Проведены эксперименты по модификации поверхности одномерного фотонного кристалла (ОФК) декстранами L. mesenteroides с различными функциональными группами с детекцией результатов модификации в реальном времени. Одновременная регистрация величины слоя приращения и объемного показателя преломления смеси исключает использование ячейки сравнения. Проведены эксперименты по детекции специфического связывания биотинилированных олигонуклеотидных зондов с модифицированной поверхностью ОФК. Заключение. Разработана методика дизайна зондов и предложена модельная система из олигонуклеотидов для детекции одноцепочечной ДНК с помощью ПВФК биосенсора. Апробирован метод модификации поверхности ОФК при помощи декстранов L. mesenteroides, позволяющий увеличить чувствительность детекции олигонуклеотидов ПВФК-биосенсором. Данный подход позволит расширить панель диагностических зондов, в том числе для выявления маркеров резистентности.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Татьяна Владимировна Митько
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства
Автор, ответственный за переписку.
Email: mitko@phystech.edu
ORCID iD: 0000-0002-0107-1906
аспирант, лаборант-исследователь
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1АРуслан Ильдарович Шакуров
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства
Email: ruslan.shakurov@rcpcm.org
ORCID iD: 0000-0002-5986-0676
SPIN-код: 9576-8093
младший научный сотрудник
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1АФёдор Владимирович Ширшиков
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства
Email: shirshikov@rcpcm.org
ORCID iD: 0000-0001-6452-1874
SPIN-код: 9872-2123
младший научный сотрудник
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1АСветлана Викторовна Сизова
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства
Email: sv.sizova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0846-4670
SPIN-код: 4322-1945
кандидат химических наук
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1АЕлена Владимировна Алиева
Институт спектроскопии Российской академии наук
Email: alieva@isan.troitsk.ru
ORCID iD: 0000-0002-5251-7365
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Россия, ТроицкВалерий Николаевич Конопский
Институт спектроскопии Российской академии наук
Email: konopsky@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6114-5172
SPIN-код: 3937-8350
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Россия, ТроицкДмитрий Викторович Басманов
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства
Email: dmitry.basmanov@rcpcm.org
ORCID iD: 0000-0001-6620-7360
SPIN-код: 1801-6408
научный сотрудник
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1АЮлия Андреевна Беспятых
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства
Email: JuliaBes@rcpcm.org
ORCID iD: 0000-0002-4408-503X
SPIN-код: 6003-9246
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1АСписок литературы
- Global tuberculosis report 2019. Geneva: World Health Organization; 2019. Available from: https://www.who.int/tb/ publications/global_report/en/
- Нечаева О.Б. Состояние и перспективы противотуберкулезной службы России в период COVID-19 // Туберкулез и болезни легких. 2020. Т. 98, № 12. С. 7-19. [Nechaeva OB. State and prospects of the anti-tuberculosis service of Russia in the period of COVID-19. Tuberculosis and Lung Diseases. 2020;98(12):7-19. (In Russ).]
- Global tuberculosis report 2020. Geneva: World Health Organization; 2020. Available from: https://www.who.int/tb/publica-tions/global_report/en/
- Konopsky VN, Karakouz T, Alieva EV, et al. Photonic crystal biosensor based on optical surface waves. Sensors. 2013;13:2566-2578. doi: 10.3390/s130202566
- Konopsky VN, Mitko TV, Aldarov KG, et al. Photonic crystal surface mode imaging for multiplexed and high-throughput label-free biosensing. Biosensors and Bioelectronics. 2020;168:112575. doi: 10.1016/j.bios.2020.112575
- Bespyatykh JA, Zimenkov DV, Shitikov EA, et al. Spoligotyp-ing of Mycobacterium tuberculosis complex isolates using hydrogel oligonucleotide microarrays. Infect Genet Evol. 2014;26:41-46. doi: 10.1016/j.meegid.2014.04.024
- Zuker M. Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction. Nucleic Acids Res. 2003;31(13):3406-3415. doi: 10.1093/nar/gkg595
- Konopsky VN, Alieva EV. Photonic crystal surface waves for optical biosensors. Anal Chem. 2007;79:4729-4735. doi: 10.1021/ac070275y
- Morozova OV, Levchenko OA, Cherpakova ZA, et al. Surface modification with polyallylamines for adhesion of biopolymers and cells. Int J Adhesion Adhesives. 2019;92:125-132
- Castro-Garza J, Garsia-Jacobo P, Rivera-Morales LG, et al. Detection of anti-HspX antibodies and HspX protein in patient sera for the identification of recent latent infection by Mycobacterium tuberculosis. PLoS One. 2017;12(8):1-13. doi: 10.1371/journal.pone.0181714
- Bespyatykh JA, Shitikov EA, Bespyatykh DA, et al. Metabolic changes of Mycobacterium tuberculosis during the anti-tuberculosis therapy. Pathogens. 2020;9(2):131. doi: 10.3390/pathogens9020131
- Басманов Д.В., Митько Т.В., Шакуров Р.И., Беспя-тых Ю.А. Создание новых микрофлюидных биосенсоров для мультиплексной детекции процесса связывания лигандов в реальном времени // Актуальные проблемы биомедицины-2021: Материалы XXVII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием. Санкт-Петербург, 2021. С. 296297. [Basmanov DV, Mitko TV, Shakurov RI, Bespyatykh YuA. Creation of new microfluidic biosensors for multiplex detection of the ligand binding process in real time. In: Actual problems of biomedicine-2021: Materials of the XXVII All-Russian Conference of Young Scientists with International participation. Saint Petersburg; 2021. Р. 296-297. (In Russ).]