К концу октября, когда число жертв лихорадки Эбола — только по официальным данным ВОЗ — превысило 10 тысяч человек, людей с подозрением на болезнь задерживают в аэропортах, а многие страны обсуждают вопросы карантина и закрытия границ, американские биологи представили новую технологию экспресс-тестов, способных диагностировать любую болезнь.
Нужно всего лишь напечатать последовательности ДНК на клочках бумаги, лиофилизировать их (высушить с помощью заморозки) и хранить при комнатной температуре. При необходимости ДНК «включается», если бумагу просто полить водой — как обычный порошковый суп или кашу. Тогда, если в жидкости присутствует опасный патогенный организм (например, фрагмент вирусной РНК Эболы), бумага меняет цвет. Ученые доказали эффективность новой технологии, разработав тест на вирус Эбола всего за 12 часов и потратив на необходимые материалы лишь 21 доллар. Для теста потребуется полчаса, а обойдется один датчик не дороже нескольких центов.
«Это базовая платформа для нового класса диагностических средств. Ясное и практичное воплощение идей синтетической биологии», — заявил главный изобретатель технологии Джим Коллинз (Jim Collins). Коллинз — один из «первопроходцев» синтетической биологии. Это междисциплинарное научное направление (на стыке генетики, биофизики, эволюционной и молекулярной биологии) ставит целью синтезировать то, чего нет в природе — своего рода инженерный подход к органической жизни. Истоки синтетической биологии уходят в 1989 год, когда ученые из Цюриха под руководством Стивена Беннера (Steven Benner) синтезировали ДНК, содержащую две искусственные генетические буквы помимо четырех известных (аденин, цитозин, гуанин и тимин), используемых всеми живыми организмами Земли.
Фото: Harvard's Wyss Institute
Коллинз в 2000 году опубликовал статью с описанием метода создания генетических «микросхем», аналогичных электронным. Вместе с коллегами по Бостонскому университету он собрал из биологических деталей простейшие генетические устройства — осциллятор и тумблер. Затем группа Коллинза перепрограммировала бактерии, превратив их в клеточных шпионов и отправив собирать данные в пищеварительном тракте животных. Однако до сих пор эти технологии оставались уделом элитных лабораторий, работающих на переднем крае науки. Теперь, похоже, ситуация меняется. О диагностической «лакмусовой бумажке» Коллинз сообщил в журнале Cell.
Среди ингредиентов «биохимического супа» — простые ферменты, необходимые бактериям, молекулы, служащие топливом химических реакций, аминокислоты и, что важно, рибосомы — гигантские молекулярные машины, считывающие генетический материал и выстраивающие на его основе белки. В жидкой форме эти вещества имеются практически в каждой биологической лаборатории. Но только Коллинзу пришла в голову идея засушить их вместе с синтетическими генами.
Принцип работы устройства.
Изображение: Wyss Institute
Вся суть в синтетических генах. Вирус, бактерия или другой объект, который требуется диагностировать, связывается со специальным генетическим переключателем на датчике, Тот запускает выработку яркой субстанции (например, белка). Цвет и указывает на наличие патогенного микроорганизма.
Коллега Коллинза Кит Парди (Keith Pardee) усовершенствовал технологию, разработав генетические переключатели, не дающие бумаге менять цвет в отсутствие заранее определенных молекул диагностируемого вещества. Это позволяет одновременно брать пробы на 24 отдельных участка вирусной РНК — никакие естественные последовательности ДНК не дают такого охвата. Ученые научили бумагу отличать версии заирского (именно он привел к нынешней эпидемии) и суданского штамма вируса Эбола всего за 30 минут. Для сравнения: стандартные тесты на антитела проводятся в течение многих месяцев и стоят тысячи долларов.
Если технология печати ДНК-схем будет реализована, цена отдельных датчиков не превысит нескольких центов. Помимо дешевизны, новая технология отличается тем, что не требует специальных условий хранения, заявил Коллинз. Линчон Ю (Lingchong You) из Университета Дьюка полагает, что массовое производство датчиков организуют с помощью роботов, собирающих и печатающих «микросхемы» на бумаге.
Однако тест еще далек до совершенства. Необходимо его доработать, научить воспринимать бактерии и вирусы по меньшему количеству молекул, а также снизить вероятность ложно-положительных результатов. Только тогда тест придет в соответствие с общепринятыми критериям современной диагностики.
«Потенциально это великая вещь. Но одно дело — эксперименты в лаборатории, и совсем другое — подготовить технологию для работы в реальных ситуациях. Только при минимизации ложно-положительного срабатывания тест можно будет использовать, не подвергая здоровых людей риску ошибочного диагноза, за которым следует пребывание в карантине вместе с больными», — отметила Рут МакНерни (Ruth McNerney) из Лондонского института гигиены и тропической медицины.
Но темпы распространения эпидемии Эболы требуют как можно скорее довести новую технологию до практического применения. Быстрые тесты на присутствие вируса в крови, безусловно, повысят эффективность карантинных мероприятий в аэропортах и убедит власти отказаться от тотальной изоляции африканских стран, пораженных эпидемией.
Ученые предупреждают, что столь жесткие меры, как изоляция целых стран, носят не медицинский, а социальный характер, и формируют иррациональный страх перед всеми выходцами из охваченного эпидемией региона.
Закрытие границ заставит африканцев искать нелегальные пути проникновения в Европу и Америку (когда их уж точно не будут проверять на вирус). Мало того: замедлится поиск средств борьбы с эпидемией. В 1987 году власти США наложили запрет на въезд всех ВИЧ-инфицированных. В итоге были сорваны важные научные конференции, посвященные СПИДу, поскольку многим их участникам уже поставили этот диагноз.
Ученые опасаются, что изоляция в сочетании с недостаточными усилиями по вакцинации населения Западной Африки приведет к тому, что болезнь станет эндемичной и законсервируется в регионе на многие десятилетия. Оградить 3-4 страны от остального мира санитарным кордоном на столь долгий срок вряд ли возможно. Поэтому развитым странам остается только объединить силы, не скупиться на расходы и как можно быстрее остановить эпидемию.