Команда студентов МГУ имени М.В. Ломоносова приступила к разработке переносного биосенсора LymeExpress для экспресс-диагностики одной из самых распространенных клещевых инфекций — боррелиоза. С помощью биосенсора можно будет протестировать клещей на наличие возбудителей болезни даже в полевых условиях, сейчас же для этого требуются лабораторные исследования. Студенты уже подали заявку на участие в крупнейшем международном конкурсе по генной инженерии International Genetically Engineered Machine Competition (iGEM).

Согласно данным, опубликованным Всемирной организацией здравоохранения, ежегодно в мире происходит до 300 000 тысяч случаев заражения боррелиозом. Возбудители боррелиоза — спирохеты рода Borrelia — передаются человеку через укусы иксодовых клещей. Несмотря на низкую смертность от боррелиоза, болезнь приводит к неизлечимым поражениям суставов и нервной системы. Чем раньше диагностировать болезнь и начать лечение, тем больше шансов избежать негативных последствий у заболевшего. Если начать терапию в первые дни после заражения, то возможно и вовсе избежать хронических осложнений.

Проблема упирается в диагностику заболевания. Сейчас для этого необходимо принести клеща, снятого с тела, в специализированную лабораторию (государственную или частную) и ждать результатов исследования несколько дней. Такая процедура сложна и требует достаточно много времени. Характерные симптомы боррелиоза, проявляющиеся в первые дни после заражения, возникают лишь в 80% случаев.

Команда студентов и аспирантов биологического факультета МГУ под руководством ведущего научного сотрудника кафедры биоинженерии Алексея Шайтана приступили к разработке биосенсора для экспресс-диагностики наличия боррелий в клещах. Работа биосенсора будет основана на поиске ДНК боррелий в образце с помощью генноинженерных конструкций, изменяющих спектры поглощения образца при наличии специальных молекулярных маркеров, и портативного спектрофотометра.

В основе работы биосенсора заложен каскад молекулярно-генетических реакций на базе технологии CRISPR/Cas9. Два комплекса dCas9, каждый из которых связан с одной из субъединиц фермента бетта-лактамазы, взаимодействуют с целевыми участками ДНК-мишени, расположенными на расстоянии друг от друга. В результате сближения субъединицы бетта-лактамазы объединяются в активный фермент и изменяют цвет субстрата. Эти процессы обеспечивают дополнительный каскад усиления сигнала, который затем считывает спектрофотометр.

Сейчас команда ищет ДНК-мишени с помощью методов биоинформатики. В ближайшее два месяца студенты планируют разработать систему молекулярного распознавания ДНК-мишени и конструкцию спектрофотометра. С 31 октября по 4 ноября студенты представят разработку на конкурсе iGEM в Бостоне. На проведение исследования и поездку на конкурс участники собирают средства с помощью краудфандинговых платформ.

Помимо студентов МГУ, в проекте также задействованы ученик СУНЦ МГУ и студент из МИРЭА, ответственный за сайт. Команда уже успела презентовать свой проект Николаю Брико, главному эпидемиологу России. По его словам, «выбранная проблема первичной диагностики боррелиоза, как и других клещевых инфекций, актуальна, а компактный переносной биосенсор является интересным решением». Николай Брико также выразил студентам пожелание расширить список паразитов, которых может распознать биосенсор, и включить в него возбудителя клещевого энцефалита.

Конкурс iGEM был учрежден Массачусетским технологическим институтом (MIT) в 2004 году. Ежегодно в нем принимают участие университетские и школьные команды со всего мира. В 2019 году заявлено 375 команд, среди которых 65 команд из США и 117 из Китая. Команды из России участвовали в конкурсе лишь дважды: в 2007 и 2017 годах.

Цель конкурса — решение актуальных проблем природопользования, диагностики, энергетики и др. с помощью современных генетических технологий. Зарегистрированным командам организаторы высылают «биологический конструктор», состоящий из двух с половиной тысяч фрагментов ДНК. Среди них плазмиды, белок-кодирующие гены, регуляторные участки и другие специфические последовательности, позволяющие воплощать даже самые амбициозные идеи. Участники должны не только улучшить или описать один из элементов биоконструктора, но и предложить новый, на основе которого выполняется проект.