Научная разработка молодых биологов Иркутского государственного университета получила грант Российского научного фонда по теме «Разработка быстродействующих систем усиления сигнала для оптических дрожжевых биосенсоров в аквакультуре» (№ 26-74-10027). Проект был поддержан в рамках конкурса «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых». Антон Гурков, заместитель директора по науке НИИ биологии озера Байкал ИГУ, подробнее рассказал о проекте.
По его словам, в сегодняшней медицинской и ветеринарной практике существует редко упоминаемая проблема с биохимическими анализами крови: они относительно сложные, дорогие и, самое главное, редко организованы так, чтобы отслеживать наиболее важные параметры регулярно, а не только утром конкретного дня натощак. Поэтому врачу может быть трудно понять, что происходит с организмом, если у него на руках слишком мало данных, которые зачастую и так стоили немалых денег. Ещё сложнее дело обстоит у ветеринаров сельскохозяйственных животных, когда регулярные дорогостоящие анализы приходится назначать десяткам и сотням молчаливых пациентов.
Как подчеркнули ученые, самое удивительное здесь то, что биологи давно знают, как решить большинство этих проблем: использовать генетически модифицированные клетки, чтобы они изменением цвета своего свечения сигнализировали об уровне интересующего маркера. Такие клеточные сенсоры существуют уже несколько десятилетий, они очень чувствительные, достаточно дешёвые в производстве и довольно простые в применении. При этом сенсоры на основе разных микробов можно использовать для анализов в отобранной крови, а модифицированные клетки самих пациентов позволяют отслеживать параметры в динамике прямо в самом организме, вообще без отбора крови. Учитывая вышеперечисленное, гораздо удобнее пару раз в день самостоятельно приложить к руке специальное считывающее устройство, а иногда и простой смартфон, чем рано утром стоять в очереди в поликлинике.
Антон Гурков:
Но у всех существующих клеточных сенсоров есть ограничение, которое пока и не позволяет использовать их в широкой практике: они очень медленные. Измеряют целевой параметр минимум несколько часов, а то и больше суток. И ладно, если это происходит в пробирке в лаборатории, но, когда клетки находятся в самом организме, они измеряют «среднее по больнице» за большой промежуток времени. А значит серьёзные скачки или падения параметра врач просто не увидит, и вся затея обычно теряет смысл.
Проект молодых ученых ИГУ как раз нацелен на снятие этого ограничения. Биологи придумали несколько новых способов, как попробовать использовать хорошо известные клеточные белки-рецепторы и их каскады усиления сигнала так, чтобы считывание параметра занимало несколько секунд, а не несколько часов. Для жидких образцов вроде отобранной крови всё относительно просто, и исследователи рассчитывают, что у них получится подготовить несколько сенсоров, которые вполне можно будет использовать в медицинской и ветеринарной практике.
Однако, как отмечают биологи, основная часть проекта связана с разработкой новой быстрой и эффективной технологии передачи информации из тканей человека и животных с помощью света.
Антон Гурков:
Мы хотим попробовать впервые применить к клеточным сенсорам примерно тот же подход, который когда-то использовала американская компания Profusa для подкожного химического датчика на кислород Lumee для больных ишемией. Кодирование информации в динамике изменения свечения этого датчика позволило обойти проблемы, которые создаёт кожа человека и животных, и сделать его первым и пока единственным коммерчески доступным имплантируемым оптическим сенсором. Если нам улыбнётся успех, мы научимся быстро измерять не один кислород, а целую серию критических диагностических параметров организма животных и человека.
Начиная с середины 2026 года и до 2029 года включительно, на проект будет ежегодно выделяться грантовое финансирование в размере 6 000 000 рублей.
Справка: разработка быстродействующих систем усиления сигнала для оптических дрожжевых биосенсоров в аквакультуре это создание нескольких технологий для быстрого обнаружения снижения качества воды на рыбоводческих хозяйствах и биохимических параметров самих рыб. Для этого используются генетически модифицированные дрожжи, которые начинают иначе светиться (флуоресцировать или люминесцировать) при изменениях анализируемого параметра, а специальные приборы усиливают этот сигнал, чтобы быстро заметить проблему.
