Diagnostyka wirusów w oparciu o ich właściwości fizyczne
Wirusy w próbkach biologicznych są zazwyczaj wykrywane metodami serologicznymi lub metodą amplifikacji kwasów nukleinowych z zastosowaniem łańcuchowej reakcji polimerazy. Jednak wysokie tempo mutacji wirusów RNA wymaga ciągłego przeprojektowywania takich narzędzi diagnostycznych, żeby zwiększać ich dokładność.
Czujnik do pomiaru parametrów fizycznych mikroorganizmów
Naukowcy realizujący finansowany przez UE projekt VIRUSCAN opracowali metodę, która pozwala wykrywać wewnętrzne właściwości fizyczne wirusów, takie jak masa i sztywność. „Właściwości fizyczne wirusów pozostają w dużym stopniu niezmienne w toku ewolucji, ponieważ regulują ich zakaźność”, wyjaśnia Javier Tamayo, koordynator projektu. Wirusy chronią swój genom kwasu nukleinowego w płaszczu białkowym (w przypadku wirusów pozbawionych otoczki) lub w osłonce lipidowej i uwalniają go w momencie interakcji z gospodarzem. Mechaniczne sygnały gospodarza lub wewnętrzne mechanizmy wirusa mogą zmieniać właściwości fizyczne cząstek wirusowych, takie jak sztywność, aby ułatwić przenikanie wirusa. Postępy w dziedzinie układów nanomechanicznych umożliwiły dokonywanie pomiarów sztywności i masy w nanoskali jako oddzielnych parametrów. Dzięki nim zespół projektu VIRUSCAN mógł zaprojektować i zbudować optomechaniczne urządzenia do pomiaru właściwości fizycznych wirusów. Stworzony przez naukowców czujnik jest w stanie identyfikować pojedyncze cząstki wirusów i bakterii oraz mierzyć ich parametry fizyczne, do czego wymagana jest jedynie regulacja stężenia podczas obróbki wstępnej próbki.
Bazy danych bakterii i wirusów jako wsparcie diagnostyki
Naukowcy postanowili skupić się na badaniu cząstek wirusopodobnych, które przypominają biofizyczne cechy SARS-CoV-2, norowirusów, wirusa brodawczaka ludzkiego i wirusa Ebola. Dzięki prowadzonym jednocześnie badaniom przesiewowym różnych mikroorganizmów w próbkach pochodzenia ludzkiego udało im się stworzyć dwie kompletne bazy danych właściwości biofizycznych wirusów i bakterii. Wszystkie zgromadzone dane pozwoliły zespołowi nie tylko zarejestrować masę i sztywność różnych wirusów, ale także powiązać sztywność wirionów z ich zakaźnością. Używanie baz danych jako punktu odniesienia mogłoby w przyszłości pomóc klinicystom w dokładnym diagnozowaniu infekcji.
Możliwe zastosowania urządzenia VIRUSCAN i przyszłość technologii
Wprowadzenie urządzenia VIRUSCAN do laboratoriów może przynieść korzyści pacjentom, jako że z jego użyciem można przeprowadzać szybkie i dokładne badania diagnostyczne po niższym koszcie. Urządzenie pozwoli uniknąć przepisywania nieskutecznych antybiotyków i ułatwi spersonalizowane leczenie prowadzące do szybkiego wyleczenia infekcji. Urządzenie VIRUSCAN może także pomóc w szybkim reagowaniu na sytuacje kryzysowe, takie jak epidemie wirusa Ebola i Zika, ograniczając rozprzestrzenianie się wirusa. Dodatkowe zastosowania obejmują szybkie badanie krwi przed transfuzją oraz śledzenie oporności na antybiotyki, która staje się poważnym zagrożeniem zdrowia publicznego. „Chcemy nadal rozwijać naszą technologię, aby móc wykrywać patogeny przenoszone w powietrzu, w tym zarodniki grzybów i wirusy takie jak SARS CoV-2, bezpośrednio z próbek powietrza jako część systemu alarmowego, który mógłby być wykorzystywany podczas pandemii w miejscach o krytycznym znaczeniu, takich jak szpitale”, mówi Tamayo. Technologia VIRUSCAN nie ogranicza się jedynie do identyfikacji patogenów, ale może być zastosowana w nanotechnologii do badania właściwości nanocząstek oraz systemów dostarczania leków opartych na nanocząstkach. Co więcej, może potencjalnie zrewolucjonizować badania nad energią i środowiskiem, a także wpłynąć na przemysł spożywczy w zakresie monitorowania różnych cząsteczek, takich jak białka i enzymy.
Słowa kluczowe
VIRUSCAN, wirus, właściwości fizyczne, sztywność, masa, bakteria, czujnik, diagnoza, baza danych, urządzenie optomechaniczne
