|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Создание сенсорных систем молекулярного узнавания вируса SARS-CoV-2 методом спектроскопии поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния для экспресс диагностики COVID-19.НИР
Creation of sensor systems for molecular recognition of SARS-CoV-2 virus by surface-enhanced Raman spectroscopy for new Express diagnostics of COVID-19.
- Руководитель НИР: Зверева М.Э.
- Ответственный исполнитель: Веселова И.А.
- Участники НИР: Грабовенко Ф.И., Завьялова Е.Г., Куст Н.Н., Мельник Д.М., Писарев Э.К., Смирнов Е.А., Яренков Н.Р.
- Подразделение: Химический факультет
- Срок исполнения: 7 октября 2020 г. - 14 июля 2022 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 20-04-60477\20
- Номер ЦИТИС: АААА-А20-120102990025-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Живые системы, медицинские технологии, медицинская химия и новые лекарственные средства
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения
- ПН России: Науки о жизни
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
- Критическая технология России: Геномные, протеомные и постгеномные технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 34.15.05 Методы и аппаратура в молекулярной биологии
- 34.25.05 Методы и аппаратура в вирусологии
- 34.57.21 Материалы для биомедицинского применения
- 61.45.15 Исследования и разработки в области технологии химико-фармацевтических средств
- 76.03.41 Медицинская вирусология
-
Ключевые слова:
sers, гкр-спектроскопия, днк-нанотехнология, наноструктурированные материалы, sars-cov-2, гкр-активные поверхности, вирусы, covid-19, олигонуклеотиды, днк-аптамеры
sers, sers-active compounds, dna-aptamers, oligonucleotides, dna-nanotechnology, surface modification, sers-active modifications -
Описание:
В рамках предлагаемого проекта будут разработаны подходы к созданию универсальных сенсорных систем прямого определения вирусов с использованием поверхностного усиленного комбинационного рассеяния [англ. surface-enhanced (resonance) Raman scattering, SERS] – [русск. Гигантского комбинационного рассеяния – ГКР] в сочетании с многомерным анализом факторов в системе для наиболее эффективной и быстрой диагностики SARS-CoV-2 без какой-либо предварительной обработки (например, экстракции РНК), при котором усиление сигнала происходит при взаимодействии со структурированной поверхностью. Теоретические возможности метода спектроскопии поверхностно усиленного комбинационного рассеяния позволяют достичь чувствительности определения аналита до 1*10^(-15) М (что соответствует 10^5 вирусных частиц на мл) без ограничений, налагаемых необходимостью выделения компонентов из биологического образца. Прямая визуализация результатов ГКР-микроскопией позволяют обеспечить возможность экспресс-анализа, временной интервал выполнения которого составит около 5 минут при переходе на портативное оборудование.
-
Abstract:
Within the framework of the proposed project, approaches will be developed to create universal sensor systems for direct detection of viruses using surface-enhanced Raman scattering (SERS) – Giant Raman scattering-GCR] combined with multivariate factor analysis in the system for the most efficient and rapid diagnosis of SARS-CoV-2 without any pre-processing (for example, RNA extraction), in which signal amplification occurs when interacting with a structured surface. The theoretical capabilities of the surface-enhanced Raman spectroscopy method make it possible to achieve an analyte detection sensitivity of up to 1 * 10^(-15) M (which corresponds to 10^5 viral particles per ml) without the limitations imposed by the need to isolate components from a biological sample.
-
Планируемые результаты:
В целях диагностики COVID-19 аналитическим сигналом предложенных сенсорных систем будут служить селективный ГКР-сигнал, возникающий при распознавании и связывании рецепторного связывающего домена спайкового белка SARS-CoV-2 (фрагмент S-белка) от вирус-опосредованного изменения структуры ГКР-активного соединения. Для этого нами будут получены конъюгаты ГКР-активных соединений с аптамерами, которые селективно связываются с белком S, причем в результате связывания их 3D структура будет меняться таким образом, что изменение расстояния между поверхностью и ГКР-меткой будет вызывать изменение сигнала. Распознование и определение модельных частиц вируса с использованием как спектрометров исследовательского уровня, так и с использованием портативного Рамановского спектрометра будет апробировано в биологических жидкостях, полученных от мышей, для возможности оценки эффективности дезинфекции, изучения выживаемости вирусов в окружающей среде, оценки вирусного распада на очистных сооружениях. Полученные результаты позволят создать методологию и высокочувствительную сенсорную поверхность для создания современного спектроскопического инструмента с многоразовым щупом для скрининга короновирусов с соответствующим рецепторным связывающим доменом для проникновения в клетки человека. Данную методологию в будущем можно будет расширить на другие вирусы, в том числе гриппа, ОРВИ и т.д. при условии создания специфических соответствующих аптамеров к вирусным белками.
-
Научный задел:
В связи с появлением Ковид-19 в 2020 году направление новое. Опыт работы с ГКР-определением биологических компонентов есть у членов команды.
- Добавил в систему: Зверева Мария Эмильевна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 7 октября 2020 г.-30 июня 2021 г. | 1 год: Создание сенсорных систем молекулярного узнавания вируса SARS-CoV-2 методом спектроскопии поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния для экспресс диагностики COVID-19 |
| Результаты этапа: Проект направлен на разработку подходов и выявление закономерности к детектированию фрагмента S-белка оболочки вируса SARS-CoV-2 с помощью ДНК-модифицированной сенсорной поверхности методом спектроскопии поверхностно усиленного комбинационного рассеяния. Чтобы разработать и установить закономерности создания композиционной сенсорной поверхности для корректного закрепления ДНК-аптамера на поверхности был получен рекомбинантный фрагмента S-белка, проверено взаимодействие известных аптамеров с фрагментом S-белка оболочки вируса при закреплении за 3’- и 5’-конец, оценены константы диссоциации комплексов ДНК-аптамеров с белком (Кд находились в диапазоне 4-19 нМ), ведется отбор аптамеров de novo. Была разработана методика синтеза ГКР-активного гибридного сенсорного элемента на основе наночастиц серебра, иммобилизованных в матрицу пористой хитозановой пленки с добавкой на основе оксида графена, которая позволяет тушить флуоресценцию родамина 6Ж и повышать отношение «сигнал-шум» в 3 раза. Проверена возможность модификации сенсорной поверхности Р6Ж-содержащей ДНК. | ||
| 2 | 15 октября 2021 г.-14 июля 2022 г. | 2 год: Создание сенсорных систем молекулярного узнавания вируса SARS-CoV-2 методом спектроскопии поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния для экспресс диагностики COVID-19 |
| Результаты этапа: Проект был направлен на разработку методов быстрого определения тяжелого острого респираторного синдрома коронавирус 2 (SARS-CoV-2), так как существующие методы имеют ряд ограничений в качестве пре-аналитического шага выделения аналита после забора биоматериала и детекции фрагментов оболочки вируса в качестве ложноположительного сигнала. В рамках проекта был разработан подходы к созданию универсальных сенсорных систем прямого определения вирусов с использованием поверхностного усиленного комбинационного рассеяния [англ. surface-enhanced (resonance) Raman scattering, SERS] – [русск. Гигантского комбинационного рассеяния – ГКР] на основе искусственных частиц, моделирующих вирус своим размером и поверхностью. В этом методе усиление сигнала происходит при взаимодействии со структурированной поверхностью нового типа. В работе были проанализированы литературные данные по способам модификации поверхности для усиления сигнала от биополимеров, в частности формирование периодически структурированной поверхности, модификация поверхности нуклеиновыми кислотами (аптамерами). Прямая визуализация ГКР-поверхности обеспечила контроль структурированности. В целях диагностики COVID-19 аналитическим сигналом сенсорной системы служил селективный ГКР-сигнал, возникающий при распознавании и связывании рецепторного связывающего домена спайкового белка SARS-CoV-2 ( RBD домен - фрагмент S-белка) от вирус-опосредованного изменения структуры ГКР-активного соединения. Для этого был отобран новый ДНК-аптамер, специфичный к этому белку. Были получены конъюгаты для присоединения к поверхности и коньюгаты ГКР-активных соединений с аптамерами (отобранным нами и ранее опубликованным), которые селективно связываются с RBD доменом белка S, причем в результате связывания 3D структура меняется таким образом, что изменение расстояния между поверхностью и ГКР-меткой будет вызывать изменение сигнала. Показана зависимость взаимодействия с RBD доменом белка S аптамера от типа закрепления и типа посттрансляционной модификации белка. Изучено распознавание и определение модельных частиц вируса методом поверхностно-усиленного ГКР. Полученные результаты позволили предложить методологию для повышения селективности и чувствительности сенсорной поверхности. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".