Экспресс-тест для диагностики респираторных заболеваний крупного рогатого скота может сэкономить миллионы и сократить использование антибиотиков

Исследователи из Университета Пердью успешно разработали экспресс-тест для диагностики респираторных заболеваний крупного рогатого скота (BRD), который даёт результат в течение часа. Вдохновением для создания портативной системы послужила технология су-вид.

Целью было вывести перспективную технологию из лаборатории в коровник. BRD — самое распространённое и затратное заболевание крупного рогатого скота в мире.

«Нам было важно, чтобы тест был достаточно простым для использования в условиях фермы. Респираторные заболевания могут быстро распространяться и наносить огромный ущерб. Быстрая диагностика ведёт к правильному лечению и снижает необоснованное использование антибиотиков», — пояснил руководитель исследования Мохит Верма.

Результат теста легко определяется по изменению цвета с красного на жёлтый. Работа опубликована в журнале Veterinary Research.

Ключевое решение: водяная баня по принципу су-вид

Одним из ключевых решений для работы технологии в полевых условиях стало использование водяной бани по принципу су-вид для поддержания постоянной температуры около 65°C (149°F), необходимой для проведения теста.

Проблема BRD и важность быстрой диагностики

BRD является причиной половины всех смертей крупного рогатого скота от болезней в Северной Америке и ежегодно наносит ущерб индустрии говядины в размере $900 млн. Заболевание могут вызывать несколько штаммов бактерий и вирусов, что затрудняет лечение.

«Некоторые бактерии, вызывающие BRD, стали устойчивыми к определённым антибиотикам. Поскольку стандартный тест может занимать несколько дней, фермеры вынуждены начинать лечение до определения патогена. Это может привести к использованию неэффективного антибиотика или его чрезмерному применению», — отметил Верма.

Как работает тест

Технология может идентифицировать три из четырёх основных бактериальных патогенов, вызывающих BRD: Pasteurella multocida, Mannheimia haemolytica и Histophilus somni.

1. Берётся назальный мазок.
2. Мазок помещается в небольшой флакон с праймерами и реагентами, которые служат биосенсорами для бактерий.
3. Флакон нагревается в водяной бане для запуска химических реакций.
4. При наличии целевой бактерии цвет раствора меняется.

Технологическая основа: LAMP

Тест обнаруживает ДНК бактерий с помощью метода изотермической амплификации нуклеиновых кислот с петлевой обратной связью (LAMP). При наличии бактериальной ДНК метод LAMP её амплифицирует. Рост уровня нуклеиновой кислоты изменяет pH раствора, что и вызывает смену цвета.

Преимущества метода LAMP:

• Не требует длительной и дорогой процедуры выделения и обработки образцов.
• Даёт результат менее чем за час.
• Результаты совпали с результатами ПЦР-теста (PCR) в 60–100% случаев.

Дальнейшие шаги и потенциал технологии

Следующий этап — разработка бумажных тест-полосок, которые могли бы одновременно выявлять несколько различных патогенов. Также планируется адаптировать этот подход для тестов на другие инфекционные заболевания у коров и свиней и исследовать потенциал для обнаружения загрязнения пищевых продуктов.

«Эта платформа очень универсальна. Нам достаточно изменить матрицу — разработать новые праймеры и анализы — для разных патогенов. Мы работаем над применением нашей технологии для решения других проблем со здоровьем и считаем, что у неё есть потенциал для быстрого обнаружения новых вирусов, чтобы помочь предотвратить глобальные пандемии», — заявил Верма.

Технология BRD является частью стартапа Вермы Krishi Inc. В параллельном проекте он использует ту же технологию для создания теста на COVID-19 по слюне.