Prieš trejus metus pandemiją pasaulyje sukėlęs koronavirusas jau taip nebegąsdina žmonių. Paplito bendra nuomonė, kad nebereikia nerimauti dėl COVID–19, nors jis niekur nedingo, keičiasi tik jo atmainos. Šį rugsėjį Jungtinėje Karalystėje buvo aptikta nauja COVID-19 atmaina – Pirola.
Pagrindinį vaidmenį kovoje su koronavirusu tiek pandemijos metu, tiek dabar atlieka įvairios diagnostikos metodikos – nuo PGR testų iki šoninio srauto analizės ir pažangiausių biojutiklių. Koronavirusui ir toliau metant iššūkį pasauliui, vykstantys biosensorinių technologijų tyrimai teikia vilties ir atskleidžia nepaprastą žmonių bendradarbiavimo gebėjimą sprendžiant pasaulines sveikatos krizes.
Pandemija paskatino mokslinį bendradarbiavimą ir inovacijas. Viena iš pagrindinių tyrimų sričių – diagnostikos metodikų tobulinimas. Norint patobulinti tyrimo metodikas, labai svarbu suprasti koronaviruso struktūrą ir tai, kas vyksta žmogaus organizme po užsikrėtimo. Koronaviruso pavadinimas kilęs dėl apvalios šio viruso formos ir ant viruso paviršiaus esančių spyglio baltymų, sukuriančių karūnos ar vainiko įvaizdį. Dėl šių paviršiuje esančių spyglio baltymų virusas gali prisijungti prie žmogaus ląstelių ir patekti į jas. Viruso viduje yra genetinė medžiaga, žinoma kaip ribonukleino rūgštis (RNR), kuri yra apsaugota riebaliniu, į apvalkalą panašiu išoriniu sluoksniu. Dėl šios viruso struktūros genetinė medžiaga gali patekti į ląstelę ir pradėti daugintis, o tai sukelia COVID-19 simptomus užsikrėtusiam asmeniui.
Virusui patekus į kūną, mūsų imuninė sistema atpažįsta jį kaip svetimą įsibrovėlį. Siekdama kovoti su virusu, imuninė sistema turi specialias ląsteles, gaminančias baltymus, žinomus kaip IgG ir IgM antikūnai, kurie padeda mus apsaugoti nuo svetimkūnių. IgM antikūnai yra vieni pirmųjų imuninės sistemos atsakų. Pirmą kartą užsikrėtus SARS-CoV-2, imuninė sistema pradeda sparčiai gaminti IgM antikūnus kovai su virusu. Tuo tarpu IgG antikūnai užtikrina vėlesnį ir stipresnį imuninės sistemos atsaką. Šie antikūnai išlieka organizme ilgą laiką, net ir pasveikus nuo infekcijos, todėl, antrą kartą užsikrėtus tuo pačiu virusu, organizmas nesuserga arba serga daug trumpiau ir lengviau.
Kuo skiriasi COVID–19 diagnostiniai testai?
Šiuo metu visuomenei yra prieinami COVID–19 diagnostikos metodai, skirti SARS-CoV-2 RNR, spyglio baltymams ir antikūnams prieš SARS-CoV-2 aptikti. Polimerazės grandininės reakcijos (PGR) testas iš tiesų laikomas auksiniu standartu nustatant SARS-CoV-2. Dėl didelio tikslumo ir jautrumo jis yra plačiai naudojamas diagnostikoje aktyvioms infekcijoms aptikti. PGR testui atlikti paimamas burnos ir (arba) nosies mėginys, kuriame yra viruso RNR. Mėginys kaitinamas iki aukštos temperatūros, šiluma sunaikina SARS-CoV-2 apvalkalą ir atskiria jo RNR nuo kitų komponentų. Tada mėginys atšaldomas ir prie atskirtų RNR grandinių pritvirtinami pradmenys, kurie leidžia polimerazės fermentui pradėti kurti naujas RNR grandines. Jei mėginyje buvo daug viruso RNR, PGR reakcija smarkiai padidina šios RNR kiekį, o jei mėginyje viruso nebuvo, PGR reakcija nevyksta. Viruso kiekiui mėginyje po PGR reakcijos identifikuoti naudojamas specialus fluorescuojantis dažiklis, kuris švyti, kai prisijungia prie viruso RNR.
Šoninio srauto analizė (ŠSA) yra kitas testo tipas, naudojamas aktyviai SARS-CoV-2 infekcijai aptikti. Mėginys, kuriame gali būti viruso dalelių, kapiliariniu būdu migruoja išilgai ŠSA tyrimo juostelės. Juostelė susideda iš skirtingų dalių, kurių kiekvienoje yra integruoti tam tikri testui skirti komponentai. Mėginiui judant per tyrimo juostelę, jis liečiasi su įvairiais specifiniais antikūnais, kurie yra imobilizuoti tam tikroje juostelės vietoje. Šie antikūnai yra sukurti taip, kad atpažintų spyglio baltymą ir kitas SARS-CoV-2 viruso dalis. Analizuojamam mėginiui kapiliariniu būdu tekant per tyrimo juostelę, SARS-CoV-2 virusas ir jo dalys gali susijungti su juostelėje integruotais antikūnais. Kai tai įvyksta, tam tikroje juostelės vietoje sukuriama „bandymo linija“, kurią vizualiai matome. Rezultatai įvertinami po to, kai mėginys prateka per visą tyrimo juostelę. Jei mėginyje matoma ir tyrimo linija, ir kontrolinė linija, tai COVID-19 testas yra vertinamas teigiamai ir tikėtina, kad asmuo serga COVID-19. Kita vertus, jeigu mėginyje yra matoma tik kontrolinė linija, tuomet COVID-19 testo rezultatas yra neigiamas. ŠSA metodas taip pat yra naudojamas IgG ir IgM antikūnams prieš SARS-CoV-2 aptikti. Šiuo atveju tyrimo juostelės vietose yra integruotos specifinės SARS-CoV-2 viruso dalys (antigenai). Šie antigenai yra sukurti taip, kad prisijungtų tik prie SARS-CoV-2 antikūnų, randamų kraujo mėginyje. Šis greitasis antikūnams nustatyti skirtas ŠSA testas, palyginti su anksčiau išvardytais tyrimo metodais, gali parodyti aktyvią ir pasibaigusią infekciją.
Kaip veikia biojutikliai diagnozuojant COVID-19?
Dėl gebėjimo aptikti specifinius viruso komponentus pacientų mėginiuose biojutikliai tapo svarbiomis SARS-CoV-2 diagnostikos priemonėmis. Biojutikliai yra pagaminami naudojant biologines medžiagas, kurios tarnauja kaip atpažinimo elementai, pavyzdžiui, antikūnai ar antigenai. Šių medžiagų sąveiką su konkrečiomis tikslinėmis analitėmis galima registruoti įvairiais analiziniais metodais. Elektrocheminiai biojutikliai yra plačiai naudojami, nes jie yra itin jautrūs, aptinka net nedidelius tikslinės analitės kiekius. Be to, šie jutikliai pasižymi trumpa analizės trukme. Pavyzdžiui, elektrocheminis biojutiklis gali būti naudojamas SARS-CoV-2 RNR aptikti, remiantis RNR hibridizacijos su juos papildančiomis grandinėmis principu. Biojutiklio biologinio atpažinimo elementas apima tikslinės RNR užfiksavimą. Biojutiklyje taip pat yra analitinis signalo keitiklis, kuris atpažinimo įvykį paverčia išmatuojamu elektriniu signalu. Šis veikimo principas pagrįstas hibridizacijos atpažinimu, kuris atsiranda, kai dvi viena kitą papildančios RNR grandinės susijungia ir sudaro dvigrandę struktūrą. Tikslinei RNR aptikti gali būti naudojami papildomai žymėti RNR. Šie RNR padeda sustiprinti signalą ir padidinti biojutiklio jautrumą. Hibridizacijos procesas gali vykti ant elektrodo paviršiaus arba tirpale. Kai tikslinė RNR prisijungia prie elektrodo, pasikeičia elektrocheminės savybės, todėl susidaro elektrinis signalas. Tada šis signalas išmatuojamas ir kiekybiškai įvertinamas, kad būtų galima aptikti ir kiekybiškai įvertinti tikslinę RNR mėginyje.
Elektrocheminiai biojutikliai taip pat gali būti naudojami SARS-CoV-2 baltymams ir antikūnams aptikti. Mūsų darbo grupė ypač aktyviai užsiima šios srities tyrimais. Vienas jų – molekuliniu būdu įspaustų polimerų (MIP) naudojimas SARS-CoV-2 baltymams aptikti. Šis metodas leidžia kurti elektrocheminius biojutiklius, kurie veikia rakto ir spynos principu. Biojutiklis yra padengiamas elektrai laidžiu polimeru, kuriame galima suformuoti viruso įspaudus. Šie įspaudai yra tarsi mažos kišenėlės, kurios idealiai tinka viruso spyglio baltymui. Mėginiui patekus ant biojutiklio, jame esantys spyglio baltymai įstringa šiose kišenėse ir sukelia biojutiklių elektrinių savybių pokyčius. Šis elektrinio signalo pokytis leidžia aptikti ir išmatuoti mėginyje esančio baltymo kiekį, o tai padeda diagnozuoti COVID–19 infekciją. Biojutiklių inovacijos leidžia sušvelninti viruso poveikį.
Be to, šiuo metu kuriame elektrocheminius biojutiklius, skirtus antikūnams prieš SARS-CoV-2 virusą aptikti. Šie biojutikliai yra padengiami savitvarkiu monosluoksniu (SAM), kuris sudaro lipnų paviršių, galintį pagauti ir sulaikyti SARS-CoV-2 spyglio baltymus. Ant tokio modifikuoto biojutiklio paviršiaus patekus mėginiui, turinčiam antikūnų prieš SARS-CoV-2 virusą, jie gali jungtis prie spyglio baltymų. Šis prisijungimas sukelia biojutiklio elektrinių savybių pokyčius, kurie gali būti registruojami. Elektrinio signalo stiprumas yra tiesiogiai susijęs su antikūnų koncentracija mėginyje. Matuodami šį signalą, galime aptikti ir kiekybiškai įvertinti specifinių SARS-CoV-2 antikūnų koncentraciją mėginyje.
Mokslo pažanga ir bendradarbiavimo pastangos lėmė reikšmingą proveržį kuriant naujoviškus šio viruso diagnostikos metodus. Nuolatiniai biojutiklių technologijų tyrimai ir inovacijos padeda koronaviruso poveikį švelninti ir dabar.
Pranešimą paskelbė: Benita Kaselytė, Vilniaus universitetas
