Экспресс тест-система позволит выявлять бруцеллез у скота в поле за несколько минут

Молодые исследователи, принявшие участие в работе. Источник: Николай Нифантьев.

Ученые разработали тест-систему для упрощенного и ускоренного выявления бруцеллеза у сельскохозяйственных животных. Это бактериальное заболевание встречается не только у домашнего скота, но передается и человеку, вызывая на запущенных стадиях поражение печени, сердца, почек и других органов. Авторы предложили определять бруцеллез с помощью небольших синтетических молекул — олигосахаридов, — которые специфично связываются с антителами, появляющимися в организме во время болезни. Тестирование на основе предложенного подхода занимает всего несколько минут и может проводиться в полевых условиях, поэтому позволит оперативно проверять скотоводческие хозяйства на наличие инфекции. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biosensors.

Бруцеллез — бактериальное заболевание, поражающее крупный и мелкий рогатый скот, а также свиней, и передающееся человеку. У животных инфекция, вызываемая бруцеллами (Brucella), сопровождается потерей аппетита и веса, а у самок — невозможностью выносить плод и мертворождениями. Человек может заразиться бруцеллезом через плохо обработанное мясо и молочные продукты. Кроме того, высокому риску подвергаются работники ферм, непосредственно контактирующие с больными животными. У человека инфекция на первых порах проявляется в ознобе, боли в животе, нарушении работы желудочно-кишечного тракта, а при хроническом течении приводит к поражению печени, сердца, почек, селезенки и многих других органов и требует комплексного лечения антибиотиками. 

Для профилактики бруцеллеза у животных важно вакцинировать их в скотоводческих хозяйствах и регулярно проверять на наличие инфекции. На сегодняшний день в России и соседних странах вакцинация от бруцеллеза проводится недостаточно широко из-за проблем с доступностью эффективных вакцин, что делает своевременную диагностику особенно актуальной. В связи с этим в нашей стране существует требование по обязательному тестированию скота на бруцеллез дважды в год.

Чаще всего для выявления бруцеллеза используют серологический тест — анализ, позволяющий выявить в сыворотке крови антитела против интересующей бактерии и таким образом определить, что животное инфицировано. Нужные антитела распознают с помощью О-полисахарида — молекулы, которая содержится на поверхности клеток бруцелл, и которую специфично связывают антитела. Таким образом, О-полисахарид служит своеобразным «якорем» для захвата характерных для бруцеллеза антител. Однако выделить О-полисахарид из клеток бактерий сложно, кроме того, у разных вариантов бруцелл эта молекула может несколько отличаться, из-за чего эффективность основанных на нем тест-систем падает. Поэтому ученые ищут синтетические заменители О-полисахарида. 

Исследователи из Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН (Москва), Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва), и Всероссийского государственного центра качества и стандартизации ветеринарных препаратов и кормов (Москва) разработали короткие синтетические аналоги О-полисахарида — олигосахариды, специфично связывающиеся с антителами против бруцелл. Их преимущество состоит в том, что при соблюдении технологии синтеза получаются молекулы с абсолютно одинаковой (заданной учеными) структурой. Значит, результаты анализов, в которых они используются, будут хорошо воспроизводимы.

Синтез авторы провели из моносахаридов, которые после химической модификации были переведены в блоки для сборки олигосахаридов, максимально похожих на «кусочки» природного О-полисахарида бруцелл. К полученным соединениям через группу-линкер присоединили светящуюся (флуоресцентную) метку. 

«Мы сделали широкий набор олигосахаридов, чтобы проверить, какие из них наиболее специфичны и эффективны и в то же время доступны для синтеза. Эксперименты показали, что лучше всего — с 88% специфичностью и 87% чувствительностью — антитела против бруцеллеза связывает молекула, состоящая из трех простейших блоков — моносахаридов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Николай Нифантьев, доктор химических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией химии гликоконъюгатов Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН.

Принцип работы предложенных молекул состоит в том, что в свободной форме они имеют определенные спектральные свойства (особенности свечения), которые меняются, если олигосахарид связался с антителом. Таким образом, чтобы определить, болеет ли животное бруцеллезом, нужно только добавить в образец его крови флуоресцентно меченный олигосахарид и измерить его спектральную характеристику («поляризацию флуоресценции») с помощью компактного прибора, который можно использовать в полевых условиях. Благодаря такой простой технологии тестирование будет занимать считанные минуты, тогда как для проведения стандартных серологических тестов требуется около часа. 

Авторы подчеркивают, что разработка готова к началу испытаний для регистрации, а проведенные исследования с участием специалистов ВГНКИ фактически уже стали их начальной частью.

«Бруцеллез недостаточно диагностируется в животноводстве, и регулярно происходят вспышки, из-за которых приходится забивать целые стада. Это большие финансовые потери, поэтому разработка новых — простых и быстрых — методов диагностики заболевания очень важна. Сейчас наш коллектив продолжает синтезировать новые олигосахариды: мы уже испытываем молекулы для диагностики бруцеллеза у людей и работаем над созданием вакцин для защиты людей и животных. Данные работы относятся к области гликотехнологий, которые очень прибыльны, активно развиваются в мире и уже привели к созданию перспективнейших продуктов для сельского хозяйства, пищевой индустрии, экологии, биотехнологии, производства материалов, биотоплива, химических реагентов и, конечно, медицины — особенно вакцин и диагностикумов, которым посвящен наш грант РНФ», — подводит итог Николай Нифантьев.

Материал предоставлен пресс-службой Российского научного фонда