к списку новостей

Новости

18 июня 2020 года, 10:06

Ученые ЛЭТИ предложили диагностировать и лечить COVID-19 с помощью пептидов

Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» разрабатывают инновационную систему экспресс-диагностики и лечения COVID-19 с помощь пептидов, пространственно комплементарных шипу коронавируса.

К настоящему времени более 4 миллионов человек во всем мире заразились новой коронавирусной инфекцией, около 300 000 человек погибли от нее. Ученыеиз разных стран сегодня занимаются разработкой вакцины и лекарства, которые могли бы остановить стремительно развивающуюся эпидемию коронавируса по всей планете.

В Инжиниринговом центре микротехнологии и диагностики (ИЦ ЦМИД) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» разработали инновационный способ, позволяющий диагностировать и инактивировать вирус. С этой целью предложили использоватьпептиды – короткие цепочки из аминокислотных остатков, пространственно комплементарные шипу коронавируса SARS-CоV-2.

При заражении коронавирус SARS-CoV-2адсорбируется на поверхности клеток с помощью шипов, комплементарных к рецептору ACE-2, присутствующему в клетках легких и других органов и являющемуся «входными воротами» коронавируса. Затем вирус проникает в клетку и запускает процессы формирования своих копий с помощью внедрения своей РНК в генетический аппарат клетки. В результате клетка превращается в маленькую «фабрику» по сборке новых вирионов коронавируса.

Ученые ЛЭТИ пришли к выводу: для инактивации коронавируса и для его экспресс-анализа необходимы молекулы олигопептидов, обладающие пространственной структурой, комплементарной шипам коронавируса. Биочип с такими молекулами-пептидами позволит «связать» коронавирус и оперативно идентифицировать его, а с другой стороны, блокировать эпитоп вируса, лишив его возможности присоединяться к рецептору ACE-2 – иными словами, инактивировать его.

«Поставлена задача – найти короткие пептиды, которые могли бы конкурировать с рецептором ACE-2 за узнавание фрагментов шипа коронавируса». – Ведущий научный сотрудник ИЦ ЦМИД СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кандидат физико-математических наук Татьяна Михайловна Зимина

Для анализа пространственных структур связей белка шипа коронавируса SARS-CoV-2 с рецептором АСЕ-2 ученые использовали разработанную ранее в университете ведущим научным сотрудником ИЦ ЦМИД Владимиром Александровичем Карасевым и профессором Виктором Викторовичем Лучининым концепцию систем сопряженных ионно-водородных связей (ССИВС), которые являются основой построения биологических надмолекулярных структур и рассматриваются в качестве каналов переноса зарядов в этих структурах. Концепция реализована в компьютерной программе Protein-3D, позволяющей визуализировать надмолекулярные структуры (http://protein-3d.ru).

На основе анализа пространственной конфигурации шипов коронавируса и белка ACE-2 и их анализа в виде ССИВС учеными ЛЭТИ разработаны две последовательности аминокислотных остатков, формирующие пространственную структуру, комплементарную к шипу коронавируса.

«Одна из них содержит всего 8 аминокислотных остатков и является спиральным фрагментом. Она является водорастворимой и может использоваться как в виде раствора, так и в виде якорной группировки (на ножке) в диагностическом биочипе. Во втором варианте предложено увеличение протяженности фрагмента до 15 аминокислотных остатков, что обеспечит еще большую прочность связывания якорной последовательности с шипом вируса. Таким образом, второй пептид будет практически полностью связывать все группы, участвующие во взаимодействии коронавируса SARS-CoV-2 с АСЕ-2», –пояснила Татьяна Михайловна Зимина.

Какой из двух предложенных вариантов пептидов окажется более эффективным, покажет экспериментальное исследование. Разработчики не исключают, что короткого пептида будет вполне достаточно для инактивации коронавируса. Синтез его проще и он будет намного дешевле, считают ученые.

Результаты разработок ученых могут стать основой антивирусной терапии и эффективной экспресс-диагностики с использование мультимодальных биочипов, позволяющих идентифицировать представителей подсемейства коронавирусов менее чем за 30 минут.

Главными преимуществами нового метода разработчики считают его оперативность и низкую стоимость. «Это достигается благодаря применению технологий микроэлектроники, таких как БиоМЕМС, нанотехнологий, гибридных технологий. Все это позволяет провести миниатюризацию и интегрирование систем, чем повысить скорость и оперативность, убрать ручные процедуры, сформировать гибридные платформы, содержащие биологические материалы и твердотельные наноструктуры, создать эффективные и миниатюрные системы регистрации. Кроме того такие системы мобильны, не требуют специальных помещений для проведения анализа», - объясняет Татьяна Зимина.

Биочипы как таковые известны начиная с генных чипов фирмы Аффиметрикс, разработанных в 1990-е годы, в которых фрагменты ДНК распознаются комплементарными к ним цепочками ДНК, иммобилизованными на биочипе. В настоящее время развиваются так называемые протеомные биочипы, в которых распознающими элементами могут быть белки, например, антитела и пептиды. Главным фактором успеха данного направления является поиск комплементарной молекулы, например, синтетического пептида, который, в отличие от антител, дешев и химически стоек. В ЛЭТИ удалось смоделировать такие пептиды благодаря развитию направления биоинформатики в ИЦ ЦМИД и разработке компьютерной программы Protein-3D.

Ученым ЛЭТИ предстоит разработать последовательности пептидов, протестировать молекулярную комплементарность на уровне белково-пептидных систем, разработать платформу биочипа, провести испытания на отсутствие токсичности и исследование способов применения в антивирусной терапии, а также клинические испытания пептидов и биочипов. Итогом работы должна стать сертифицированная Роспотребнадзором инновационная экспрессная тест-система. Ориентировочный срок выполнения всего цикла работ составит 8-10 месяцев.

Партнерами вуза являются НИИ гриппа Министерства здравоохранения РФ, НИИ особо чистых биопрепаратов, Санкт-Петербургский НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера.

Разработки, связанные с коронавирусом SARS-CoV-2, реализуются в рамках широкого направления исследований и разработок мультимодальных биосенсоров для экспресс-определения биомаркеров, вирусов и микроорганизмов, которые выполняются в ЛЭТИ на протяжении ряда лет. Учеными выполняются разработки в области биомаркерной диагностики острого инфаркта миокарда, стресса и ряда других заболеваний. Разработаны научные и технологические основы создания мультимодальных биочипов для идентификации патогенов и тестирования их антибиотикорезистентности. Одним из преимуществ технологии является сокращение времени анализа до 6-8 часов.

Разработки ученых ЛЭТИ логично вписываются в национальный проект «Здравоохранение», одной из задач которого является снижение смертности населения трудоспособного возраста.

 

Поиск по дате: