Pažangūs COVID-19 diagnostikos metodai iki šiol padeda valdyti viruso plitimą

Pagrindinį vaidmenį kovoje su koronavirusu tiek pandemijos metu, tiek dabar atlieka įvairios diagnostikos metodikos – nuo PGR testų iki šoninio srauto analizės ir pažangiausių biojutiklių. Koronavirusui ir toliau metant iššūkį pasauliui, vykstantys biosensorinių technologijų tyrimai teikia vilties ir atskleidžia nepaprastą žmonių bendradarbiavimo gebėjimą įveikiant pasaulines sveikatos krizes.

Pandemija paskatino mokslinį bendradarbiavimą ir inovacijas. Viena iš pagrindinių tyrimų sričių – diagnostikos metodikų tobulinimas. Norint patobulinti tyrimo metodikas, labai svarbu suprasti koronaviruso struktūrą ir tai, kas vyksta žmogaus organizme užsikrėtus. Koronaviruso pavadinimas kilęs dėl apvalios šio viruso formos ir ant viruso paviršiaus esančių spyglio baltymų, sukuriančių karūnos ar vainiko įvaizdį. Dėl šių paviršiuje esančių spyglio baltymų virusas gali prisijungti prie žmogaus ląstelių ir vėliau patekti į jas. Viruso viduje yra genetinė medžiaga, žinoma kaip ribonukleino rūgštis (RNR), kuri yra apsaugota riebaliniu, į apvalkalą panašiu išoriniu sluoksniu. Viruso genetinė medžiaga patenka į ląstelę ir pradeda daugintis, o išplitusi virusinė infekcija galiausiai sukelia COVID-19 simptomus užsikrėtusiam asmeniui.

Virusui patekus į kūną, mūsų imuninė sistema atpažįsta jį kaip svetimą įsibrovėlį. Kad galėtų kovoti su virusu, imuninė sistema turi specialias ląsteles, gaminančias baltymus, žinomus kaip IgG ir IgM antikūnai, kurie padeda mus apsaugoti nuo svetimkūnių. IgM antikūnai yra vieni pirmųjų imuninės sistemos atsakų. Pirmą kartą užsikrėtus SARS-CoV-2, imuninė sistema pradeda sparčiai gaminti IgM antikūnus kovai su virusu. Tuo tarpu IgG antikūnai užtikrina vėlesnį ir stipresnį imuninės sistemos atsaką. Šie antikūnai išlieka organizme ilgą laiką, net ir pasveikus nuo infekcijos, todėl, antrą kartą užsikrėtus tuo pačiu virusu, COVID-19 simptomai arba nepasireiškia, arba sergama daug trumpiau ir lengviau.

Kuo skiriasi COVID-19 diagnostiniai testai?

Šiuo metu visuomenei yra prieinami COVID-19 diagnostikos metodai, skirti SARS-CoV-2 RNR, spyglio baltymams ir antikūnams prieš SARS-CoV-2 aptikti. Atvirkštinės transkripcijos polimerazės grandininės reakcijos (AT-PGR) testas iš tiesų laikomas auksiniu standartu nustatant SARS-CoV-2. Dėl didelio tikslumo ir jautrumo jis yra plačiai naudojamas diagnostikoje aktyvioms infekcijoms aptikti. AT-PGR testui atlikti paimamas gleivių mėginys iš nosiaryklės, kuriame yra viruso RNR. Šis mėginys kaitinamas iki aukštos temperatūros, šiluma suardo SARS-CoV-2 viruso apvalkalą ir atskiria jo RNR nuo kitų komponentų. Tada atvirkštinės transkriptazės fermentas pakeičia RNR į jai komplementarią DNR. Po to vykdomas „terminis ciklas“, apimantis daug kartų pasikartojančius denatūravimo ir kaitinimo etapus, siekiant padauginti (amplifikuoti) viruso genetinę medžiagą naudojant DNR polimerazės fermentus, skirtus susintetinti naujas DNR grandines. Jei mėginyje buvo didelis viruso RNR kiekis, AT-PGR reakcija po pasirinkto „terminių ciklų“ skaičiaus lemia reikšmingą viruso genetinės medžiagos padauginimą (amplifikaciją), o jei mėginyje viruso RNR nebuvo, AT-PGR reakcijos nevyksta ir DNR nesusidaro. Viruso kiekiui mėginyje po AT-PGR reakcijos nustatyti naudojamas specialus fluorescuojantis dažiklis, kuris švyti, kai prisijungia prie susidariusios DNR.

Šoninio srauto analizė (ŠSA) yra kitas testo tipas, naudojamas aktyviai SARS-CoV-2 infekcijai aptikti. Mėginys, kuriame gali būti viruso dalelių, kapiliariniu būdu migruoja išilgai ŠSA tyrimo juostelės. Juostelė susideda iš skirtingų dalių, kurių kiekvienoje yra integruoti tam tikri testui skirti komponentai. Mėginiui judant per tyrimo juostelę, jis sąveikauja su įvairiais specifiniais antikūnais, imobilizuotais tam tikroje juostelės vietoje. Šie antikūnai yra sukurti taip, kad atpažintų spyglio baltymą ir kitas SARS-CoV-2 viruso dalis. Analizuojamam mėginiui dėl kapiliarinių jėgų, judant išilgai tyrimo juostelės, SARS-CoV-2 virusas ir jo dalys gali susijungti su juostelėje imobilizuotais antikūnais. Kai tai įvyksta, tam tikroje juostelės vietoje išryškėja „bandymo linija“, kurią ir matome. Rezultatai įvertinami po to, kai mėginys sudrėkina visą tyrimo juostelę. Jei mėginyje matoma ir tyrimo linija, ir kontrolinė linija, tai COVID-19 testas yra vertinamas kaip „teigiamas“ ir parodo, kad asmuo serga COVID-19. Bet jeigu mėginyje matoma tik kontrolinė linija, tuomet COVID-19 testo rezultatas yra neigiamas. ŠSA metodas taip pat yra naudojamas IgG ir IgM antikūnams prieš SARS-CoV-2 aptikti. Šiuo atveju tyrimo juostelės vietose yra integruotos specifinės SARS-CoV-2 viruso dalys (antigenai). Šie antigenai yra sukurti taip, kad prisijungtų tik prie SARS-CoV-2 antikūnų, randamų kraujo mėginyje. Šis greitasis antikūnams nustatyti skirtas ŠSA testas, palyginti su anksčiau išvardytais tyrimo metodais, gali diagnozuoti tiek infekciją „aktyvios fazės“ metu, tiek ir infekcijai pasibaigus. Šis metodas įgalina įvertinti specifinių antikūnų koncentracijas ir organizmo imuninės sistemos atsako į infekciją stiprumą.

Kaip veikia biojutikliai diagnozuojant COVID-19?

Dėl gebėjimo aptikti specifinius viruso komponentus pacientų mėginiuose biojutikliai tapo svarbiomis SARS-CoV-2 diagnostikos priemonėmis. Biojutikliai yra gaminami naudojant biologines medžiagas, kurios tarnauja kaip atpažinimo elementai, pavyzdžiui, antikūnai ar antigenai. Šių medžiagų sąveiką su konkrečiomis tikslinėmis analitėmis galima registruoti įvairiais analiziniais metodais. Elektrocheminiai biojutikliai yra plačiai naudojami, nes yra itin jautrūs, aptinka net nedidelius tikslinės analitės kiekius. Be to, šie jutikliai pasižymi trumpa analizės trukme.

Elektrocheminiai biojutikliai taip pat gali būti naudojami SARS-CoV-2 baltymams ir antikūnams aptikti. Mūsų darbo grupė ypač aktyviai užsiima šios srities tyrimais.

Vykdydama bendrą Lietuvos, Latvijos ir Taivano projektą „Flow-through System Based Immunoanalytical Devices for the Diagnosis of Viral-infections“ (vadovas prof. Arūnas Ramanavičius) ir bendradarbiaudama su Latvijos ir Taivano mokslininkais, VU mokslinė grupė šiuo metu kuria elektrocheminius biojutiklius, skirtus antikūnams prieš SARS-CoV-2 virusą aptikti.

Mokslo pažanga ir bendradarbiavimo pastangos lėmė reikšmingą proveržį kuriant naujoviškus šio viruso diagnostikos metodus. Nuolatiniai biojutiklių technologijų tyrimai ir inovacijos padeda sušvelninti koronaviruso infekcijos poveikį.

Šaltinis: VU / Autoriai Viktorija Liustrovaitė, Maryia Drobysh, Urtė Prentice, Arūnas Ramanavičius, Chemijos ir geomokslų fakultetas

Titulinėje / VU nuotr. – tyrimų metu Vilniaus universiteto laboratorijoje