Цивилизация
Российские ученые из лаборатории иммунобиохимии Центра биотехнологии Российской академии наук разрабатывают тест-полоски, при помощи которых можно в течение 10-15 минут проверить присутствие вредных соединений – пестицидов, микотоксинов, антибиотиков – в овощах, фруктах и мясо-молочной продукции.
Сотрудники лаборатории на протяжении уже почти тридцати лет исследуют взаимодействие антител с антигенами. Антитела – это особый класс белков, которые используются иммунной системой для распознавания чужеродных объектов, в частности, бактерий и вирусов. Эта способность антител широко применяется, чтобы с их помощью выявлять разнообразные соединения. Однако методы анализа с использованием антител постоянно совершенствуются. Анатолий Жердев, ведущий научный сотрудник лаборатории иммунобиохимии, рассказывает: «Сегодня медицина успешно пытается перевести диагностику из центральных лабораторий ближе к больному. Как это происходило раньше: человек сдает анализ, пробы отправляют в центральную клинику, и только через день-два приходит заключение.
Сейчас, если брать статистику по медицинским тестам, то уже половина тестов делается непосредственно рядом с больным. Привезли человека на «Скорой помощи» и, пока его оформляют, сразу берут пробы, а через десять минут уже получают результат.
Но необходимость быстрого тестирования возникает не только в медицине, но и для предотвращения других рисков для здоровья, в частности, в агро- и пищевом секторе. Поэтому нужно придумать, разработать, технологизировать, ввести в практику системы, которые позволяют без центральных лабораторийделать быстрый, многопараметрический контроль опасных для потребителя соединений. Всего за несколько минут можно принимать решение, удовлетворяет ли продукт нормативам безопасности или нет. Привезли на молокозавод цистерну: ее принимать или сразу разворачивать? Если ждать заключения сутки, это будет уже не то».
Для разработки мультианалитических тест-полосок, которые способны в кратчайшие сроки определять максимальное количество вредных соединений в продукции растениеводства и животноводства, ученые получили грант от Российского научного фонда (РНФ) — без него проведение работы было бы невозможно. В рамках проекта уже опубликован ряд работ, в частности, в журналах «Biosensors & Bioelectronics», «International Journal of Analytical Chemistry» и «Analytical Methods». В этих исследованиях представлены разработки тест-систем, направленных на выявление патогенных бактерий в картофеле, тетрациклина в молоке и решения других важных для продовольственной безопасности задач.
Чтобы четко распознавать результаты анализа при одновременном контроле большого числа соединений, ученые придумали несколько подходов.
Один из них был назван «светофором»: красный, желтый и зеленые цвета, появившиеся на полоске после проверки, сигнализируют о превышении допустимого содержания какого-либо соединения.
Другой вариант тест-систем напоминает игру в «морской бой»: проверка осуществляется с помощью частиц коллоидного золота, которые связываются в определенных участках тест-полоски, заполняя соответствующие ряды и столбцы. Например, «третий ряд, вторая точка — это у нас вирус скручиваемости листьев картофеля. Для удобства пользователей можно раскрасить точки: наши краски отличаются тем, что они светящиеся и поэтому позволяют выявить очень низкие концентрации контролируемого соединения», — поясняет Анатолий Жердев.
В лаборатории разрабатываются тест-системы для контроля различных антибиотиков, пестицидов, микотоксинов. На какие-то соединения уже получены успешно работающие тест-полоски, в случае с другими работа еще продолжается, требуется подобрать наиболее эффективные антитела и присоединить к ним яркие метки, выявляемые в минимальных количествах. В рамках проекта ученым предстоит решить еще несколько проблем. Во-первых, им необходимо иметь обоснованную позицию о том, какие маркеры лучше, а какие – хуже, в каких случаях полоски лучше делать на золоте, а в каких – на латексах или на флуоресцентных частицах. Во-вторых, необходимы специальные методы распознавания различных веществ для случаев, когда эти вещества похожи.
«Для антител нет проблемы отличить, например, тетрациклин от ампициллина, поскольку по химической структуре эти соединения очень разные.
А вот если в пробе окажется несколько соединений, разница между которыми – всего в нескольких атомах, то далеко не все антитела с антитела с такой задачей справятся.
В таком случае надо либо получать очень селективные антитела, либо придумывать дополнительные ухищрения на тест-полоске, чтобы мы точно знали, что в пробе, например, столько-то опасного для здоровья вещества и столько-то – похожего соединения, утратившего небольшую группу атомов и ставшего в результате безвредным», – рассказывает Анатолий Жердев.
Чтобы в разрабатываемых тест-полосках для мультианализа были в максимальной степени учтены потребности потребителей, исследователи сами ищут возможности их испытать. Такие испытания проводились, например, в сотрудничестве с Институтом картофельного хозяйства в Коренево. Центр биотехнологии имеет отлаженную систему внедрения в практику своих иммуноаналитических разработок, используя для этого, в частности, взаимодействие с основанными при его участии малыми инновационными предприятиями. Цикл от начала разработки до серийного производства тест-систем требует около четырех лет. По мнению Анатолия Жердева, разрабатываемые тест-полоски для мультианализа токсичных соединений в пищевых продуктах имеют хорошие шансы практического внедрения.