Животные, способные самостоятельно излучать свет благодаря внутренней химической реакции, являются удивительным проявлением природы. В области биотехнологий ученые уже давно работают над тем, чтобы воспроизвести этот процесс и применить его для человеческих целей. Недавно команда исследователей из Массачусетского университета при Массачусетской общей больнице добилась нового прорыва, создав диагностический инструмент, который в 515 раз ярче существующих аналогов и сохраняет свой свет в восемь раз дольше. Это не только увеличило яркость, но и позволило сохранить 96% свечения спустя час, что значительно превосходит возможности текущих технологий.

Этот инновационный прибор получил название Luminescence CAscade-based Sensor (LUCAS). Он основан на природных компонентах биолюминесценции — молекуле люциферине, которая реагирует с ферментом люциферазой. Обычно воссоздать этот химический процесс удается, но удерживать свет длительное время — сложно. LUCAS, кроме того, содержит фермент бета-галактозидазу, который связывается с люциферином и регулирует его световыделение. Благодаря этому он не только ярче, но и обладает высокой устойчивостью, позволяя обнаруживать даже самые труднодоступные вирусы одним реактивом.

«Создание эффективных диагностических методов — очень сложная задача, особенно при работе с такими маленькими инфекционными частицами и сложными биологическими жидкостями, в которых их нужно обнаружить», — отметил старший автор исследования Хади Шафии. — «Обнаружение ВИЧ в образце крови — это как искать ледяной кубик в желеоподобном олимпийском бассейне, при этом делая это вслепую. Благодаря новой цепочке ферментов и реактивных компонентов LUCAS значительно продвинулся в области обнаружения вирусов в сложных образцах».

Исследователи протестировали новый инструмент на 177 образцах пациентов с вирусами и 130 образцах сыворотки, зараженной различными патогенами — SARS-CoV-2, ВИЧ, HBV и HCV. Вирусы, такие как COVID-19, брались с помощью мазка из носа, остальные — через кровь. Удивительно, что LUCAS помог определить наличие вируса всего за 23 минуты, а точность диагностики превысила 94% в среднем по всем типам инфекций.

Обнадеженные результатами, ученые планируют расширить применение LUCAS для обнаружения патогенов в других биологических жидкостях и проверить возможность выявления нескольких вирусов одновременно в одном образце. Также команда говорит, что этот портативный и простой в использовании прибор может быть адаптирован для поиска других биомаркеров болезни, например, при диагностике Альцгеймера.

«Раннее обнаружение инфекций и заболеваний — ключ к успешному лечению и улучшению долгосрочных исходов», — отметил первый автор исследования, постдокторант Сонгван Ким. — «Мы нацелены на создание таких диагностических инструментов, которые будут чувствительными, точными и доступными, чтобы сделать раннюю диагностику проще и помочь перейти к персонализированному подходу в медицине».