211service.com
Vai tas ir Sibīrijas mēris vai tikai balts pulveris?
Kad pacients tiek ievietots slimnīcā ar bīstamas sistēmiskas bakteriālas infekcijas pazīmēm vai pasta darbinieks aizdomīga izskata aploksnē atrod baltu pulveri, svarīga ir spēja ātri identificēt iespējamos patogēnus. Lai to paveiktu, Masačūsetsas pētnieku komanda izstrādā mikrofluidisku mikroshēmu, kas veic ātru DNS sekvencēšanu, lai ātri identificētu baktērijas. Mērķis ir pietiekami vienkārša ierīce, ko izmantot lidostā un citās drošības pārbaudēs.
Mikrofluidiskā ierīce, ko izstrādā ASV Genomikas un Drapera laboratorija, skenē DNS virknes, lai ātri identificētu baktērijas paraugā.
Lai identificētu baktērijas asins paraugā vai ēkas ventilācijas sistēmā, pētniekiem vai klīnicistiem parasti ir jāsāk ar to, lai tās augtu kultūrā laboratorijā. Tas aizņem apmēram 14 līdz 48 stundas. Tikmēr pacientam ar pret zālēm rezistentu infekciju var tikt ievadīta nepareiza antibiotika, vai arī neatliekamās medicīniskās palīdzības darbinieki var nepamanīt potenciāla bioterora uzbrukuma pazīmes.
Pētnieki plkst ASV genomika , Vuburnā, MA un Draper laboratorija , Kembridžā, MA, strādā kopā, lai uzlabotu tehnoloģiju, kas ļauj noteikt un identificēt baktērijas un citus patogēnus bez kultivēšanas. Pētnieki nelasa katru DNS virknes bāzi, bet meklē atšķirīgus vienas, ļoti īsas secības atkārtošanās modeļus. Ģenētiskajā kodā ir tikai četri elementi, tāpēc seši līdz astoņi bāzes garumi, piemēram, GTAGCC, bieži sastopami visos genomos. Bet katrā sugā šāda secība notiks unikālā veidā. Pat dažādiem viena un tā paša veida baktēriju celmiem būs unikāli noteiktas īsās secības identifikācijas modeļi.
ASV genomika ir izveidojusi šo modeļu datubāzi, ko tā sauc par svītrkodiem, daudzām baktēriju sugām un celmiem. Tā kā darbu finansē ASV Iekšzemes drošības departaments, uzņēmums neatklās, cik patogēnu ir tā datubāzē un kādi tie ir. Personāla zinātnieks Džefs Krogmeiers saka, ka valdības aģentūra ir ieinteresēta instrumentā, kas sēdētu lidostā, tirdzniecības centrā vai citā sabiedriskā vietā un nepārtraukti uzraudzītu gaisu. Tā kompaktā analīzes mikroshēma ir solis šajā virzienā, jo tā var identificēt baktērijas, pamatojoties uz garu DNS pavedienu analīzi, kas nav rūpīgi jāapstrādā. Mums ir vajadzīgas tikai dažas [DNS] molekulas, saka Krogmeiers.
Pirmkārt, DNS ir jāizņem no parauga un jāmarķē ar fluorescējošu marķējumu, kas piestiprinās tikai tajās vietās gar virkni, kur notiek interesējošā īsā secība. (U.S. Genomics strādā, lai vienkāršotu šo soli, kas pašlaik ir jāveic laboratorijā.) Pēc tam atsevišķas garas DNS molekulas tiek ievadītas mikrofluidiskā mikroshēmā, kur hidrostatiskais spiediens tās konstantā ātrumā izvelk pa šauru kanālu. Kad iezīmētā DNS plūst caur kanālu, tā iet pāri ļoti šauri fokusētam gaismas staram. Kad DNS šķērso staru, etiķetes fluorescē. Gaismas uzplaiksnījumi no etiķetēm tiek reģistrēti kā svītrkods un salīdzināti ar ASV genomikas datubāzi, lai identificētu organismu, no kura nāk DNS.
Pašreizējā uzņēmuma DNS mikroshēmu iemiesojumā svītrkoda raksti tiek nolasīti ar 0,5 mikrometru izšķirtspēju. ASV Genomikas un Drapera laboratorijas izstrādātajā versijā tiek izmantots viļņvads un nanoantenas, lai fokusētu gaismu uz vietas izmēru, kas ir daudz mazāks par pusi no viļņa garuma, nodrošinot daudz augstāku izšķirtspēju un ļaujot ierīcei ar lielāku precizitāti nolasīt īsākus pavedienus. Turklāt šo antenu gaisma ir 10 reizes intensīvāka, kas nozīmē spēcīgāku signālu, saka Džonatans Bernsteins, Draper pētnieks, kas strādā pie projekta. Un gaismas fokusēšana ar nanoantenām, nevis ar objektīvu, nozīmē, ka mikroshēmas ir kompaktākas un izturīgākas.
Krogmeiers saka, ka ASV Iekšzemes drošības departaments ir ieinteresēts ne tikai identificēt patogēnus, bet arī noteikt, vai tie ir bojāti. Bioterorists, kurš cenšas radīt Sibīrijas mēri vai E. coli nāvējošāki vai vieglāk izkliedējami bieži mēģinātu to darīt, pievienojot garus DNS posmus no cita organisma. Krogmeiers saka, ka ASV genomikas mikroshēma spētu atklāt šādu manipulāciju.
Bernstein saka, ka mikrofluidiskie kanāli varētu būt noderīgi arī molekulu aplūkošanai, izņemot DNS. Izplatītas laboratorijas metodes, piemēram, PCR, process, ko izmanto vienas DNS virknes daudzu kopiju izgatavošanai, vienkārši nepastāv RNS un proteīnu pētīšanai; kā rezultātā tos ir grūtāk identificēt un ar tiem manipulēt. Lielākā daļa šūnu nav DNS, saka Bernsteins. Viņš saka, ka kaut kas līdzīgs mikrofluidiskajai mikroshēmai, ko viņš izstrādājis ASV genomikā, varētu būt ļoti noderīgs citu bioloģisko molekulu izpētē.