Ученые из Сибирского федерального университета создают биосенсор, использующий наночастицы золота для повышения эффективности обнаружения токсинов, а также для мониторинга биомаркера стресса и выявления онкологических заболеваний.
Специалисты Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ, возглавляемые старшим научным сотрудником лаборатории биолюминесцентных биотехнологий, постдоком Радживом Ранджаном (Индия) и заведующей кафедрой биофизики ИФБиБТ СФУ, ведущим научным сотрудником лаборатории биолюминесцентных биотехнологий В. А. Кратасюк, ведут разработку высокочувствительного биосенсора. Он предназначен для выявления токсичных веществ посредством анализа биолюминесцентного ингибирования, а также для контроля биомаркера стресса и онкологических заболеваний — белка теплового шока 90 (Hsp90).
«Мы изучаем общие принципы взаимодействия наноматериалов и биологических объектов различной организации. Это необходимо для создания биосенсоров, в которых чувствительность анализа, определяемая усилением биолюминесцентного сигнала, достигается благодаря интеграции наночастиц с биолюминесцентными зондами, такими как аденозинтрифосфат (АТР) и флавинмононуклеотид (FMN).
Люциферазы светляков и светящихся бактерий используют АТФ и ФМН в качестве основных компонентов.
Выбор данных биологических объектов обусловлен тем, что обе биолюминесцентные системы находят широкое применение при разработке биолюминесцентных биосенсоров, обеспечивающих оперативный и точный анализ концентрации различных веществ.
По словам Раджива Ранджана, для повышения интенсивности биолюминесценции были выбраны наночастицы золота (AuNP), что привело к увеличению сигнала при взаимодействии, например, АТР с AuNP, на 150.
Благодаря повышенной люминесценции наночастиц золота (AuNP) возможно отслеживание белка Hsp90, который часто используется в качестве биомаркера, указывающего на наличие стресса или онкологических заболеваний.
«Разработан биологический модуль для отслеживания «белка стресса», основанный на наночастицах золота, соединенных с молекулами аденозинтрифосфата, что обеспечивает его повышенную стабильность.
Использование биологического модуля в люминесцентной реакции вместе с Hsp90 приводит к восстановлению структуры люциферазы при заданных температурах. Это изменение кинетики реакции позволяет определить концентрацию Hsp90 и, как следствие, выявить стресс или диагностировать онкологическое заболевание.
Представленные нами результаты демонстрируют, что созданный биологический модуль биосенсора способен использоваться, в частности, для выявления тяжелых металлов и мониторинга перегрузок у спортсменов.
Исследования в этой области не прекращаются. В перспективе, полученные наночастицы найдут применение для повышения чувствительности биолюминесцентных методов анализа», — поясняет В. А. Кратасюк.