Новая диагностическая технология идентифицирует патогены с точностью около 100% за три часа

Совместная группа профессоров (Хаджун Ким, Тэджун Квон и Джу Хун Кан) из Департамента биомедицинской инженерии UNIST представила новую диагностическую технику, использующую искусственно созданные полимеры — пептидные нуклеиновые кислоты (PNA) — в качестве зондов. Исследование опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.

Техника флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) работает за счёт обнаружения флуоресцентных сигналов, возникающих при связывании молекул зонда с определёнными генетическими последовательностями бактерий. Этот инновационный метод FISH использует две молекулы PNA одновременно. Проанализировав геномные последовательности 20 000 видов бактерий, команда разработала последовательности PNA, специфично нацеленные на рибосомную РНК конкретных видов.

Метод значительно быстрее и точнее традиционного бактериального посева и ПЦР-анализа (PCR) и обещает снизить смертность при критических состояниях, таких как сепсис, где своевременное назначение антибиотиков крайне важно.

PNA демонстрирует более высокую чувствительность к несовпадениям последовательностей по сравнению с обычными ДНК-зондами и обладает лучшей способностью проникать через бактериальные клеточные стенки.

Кроме того, требование одновременного связывания обеих молекул PNA с целевым участком для генерации сигнала значительно снижает вероятность перекрёстных помех, повышая точность в ситуациях с присутствием нескольких перекрывающихся штаммов бактерий.

В тестах технология успешно обнаружила семь видов бактерий, включая E. coli, Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus, показав точность свыше 99% для всех видов, кроме S. aureus, который был обнаружен с точностью 96,3%. Эффективность метода была дополнительно подтверждена на смешанных бактериальных образцах. И Enterococcus, и E. coli были обнаружены с точностью более 99% при совместном тестировании.

Подход с использованием двух молекул PNA основан на фёрстеровском резонансном переносе энергии (FRET). Этот принцип предполагает передачу энергии от одной молекулы PNA к другой, когда они находятся в непосредственной близости, что позволяет измерять флуоресценцию, испускаемую молекулой-акцептором.

Профессор Ким отметил: «Этот метод поможет в диагностике инфекций, требующих немедленной антибиотикотерапии, таких как сепсис, инфекции мочевыводящих путей и пневмония, а также поможет сократить неоправданное использование антибиотиков».

Исследовательская группа планирует провести дальнейшие эксперименты с использованием образцов крови реальных пациентов для изучения клинического применения.