Почти 100% бактериальных инфекций теперь можно выявить за менее чем трёхчасовую процедуру
23.03.2025
Ученые совершили значительный прорыв в точности и скорости выявления и лечения зачастую смертельно опасных патогенных инфекций. Время во многих случаях имеет решающее значение для спасения жизни пациента.
Ученые из Ульсанского национального института науки и технологии (UNIST) в Южной Корее представили новый метод диагностики - флуоресцентная гибридизация на месте (FISH) - с использованием искусственных полимеров - пептидных нуклеиновых кислот (PNA), - действующих как зонды, которые связываются с различными генетическими последовательностями бактерий. Когда две молекулы зонда связываются с мишенью, испускаются флуоресцентные сигналы, которые выявляют «отпечатки пальцев» различных патогенов.
«Этот метод (FISH) позволяет быстро обнаруживать и идентифицировать микробы на основе их вариаций в геномной последовательности без трудоемкого культивирования или секвенирования», - отметили ученые. «Недавний взрыв геномных данных микроорганизмов усложнил разработку подходящего набора зондов для микробных смесей. Проанализировав вариации в последовательности 16S рибосомальной РНК у всех видов бактерий, мы разработали новый набор FISH-зондов на основе пептидных нуклеиновых кислот с оптимальной нацеленностью».
В лаборатории с помощью FISH были обнаружены семь видов бактерий, которые обычно заражают людей, - Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Bacillus subtilis, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus. Точность определения составила более 99% для всех видов, кроме S. aureus - патогена, инфицирующего ткани кожи, - успешность которого составила 96,3 %. Иногда точность достигала 99,9%.
«Обнаружение основано на резонансном переносе энергии Фёрстера (FRET) между парами соседних связывающихся PNA-зондов, что устраняет перекрестные помехи между видами», - поясняют ученые. «Быстрая последовательная идентификация видов бактерий была реализована с использованием химически расщепляемых флуорофоров без ущерба для точности обнаружения. Благодаря исключительной точности и высокой скорости этот набор методов демонстрирует большой потенциал клинического применения».
Исследование было опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.
Хотя звучит это вроде бы просто, эффективность системы говорит о том, сколько труда было затрачено на ее разработку. Учёные проанализировали 19885 известных генетических последовательностей 14614 видов бактерий, а затем разработали видоспецифичные PNA-последовательности, нацеленные на рибосомальную РНК бактерий.
PNA-зонды имеют явные преимущества перед традиционными ДНК-зондами и могут проникать сквозь клеточные стенки патогенов. Присоединение двух зондов к одному и тому же патогену повышает точность анализа, особенно в случаях, когда болезнь вызвана несколькими патогенами.
Метод FISH позволяет получить результаты менее чем за три часа. Обычные диагностические инструменты - анализы крови и полимеразная цепная реакция (ПЦР) - могут занимать от нескольких дней до нескольких недель, а ведь пациентам с критическими, угрожающими жизни инфекциями, такими как сепсис, очень важно поставить диагноз и начать лечение как можно скорее.
«Этот метод позволяет диагностировать инфекции, требующие немедленного лечения антибиотиками, такие как сепсис, инфекции мочевыводящих путей и пневмония, а также сократить ошибочное использование антибиотиков», - говорит первый автор исследования доктор Сунхо Ким (Sungho Kim) с факультета биомедицинской инженерии UNIST.
Учёные проведут дополнительные испытания на образцах крови, взятых у больных пациентов, чтобы оценить, насколько хорошо FISH будет работать в клинических условиях.
Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956566324009576
