Менее чем за секунду небольшой датчик, используемый в исследованиях химии мозга, может обнаружить ключевые молекулы, которые обеспечивают генетические инструкции для жизни, РНК и ДНК, как показывает новое исследование Американского университета.

Исследователи из Австралии считают, что датчик является полезным инструментом для ученых, занимающихся клиническими исследованиями для измерения метаболизма ДНК, и что датчик может быть быстрым способом для лабораторных врачей отличить «здоровые» образцы от «больных» и определить, патоген является грибковым, бактериальным или вирусным, прежде чем проводить дальнейший анализ.

Чтобы выяснить, могут ли сенсоры обнаруживать РНК и ДНК, Александр Зестос, доцент химии, объединился с Джоном Брахтом, доцентом биологии, чтобы протестировать новый метод обнаружения РНК и ДНК. Оба профессора являются членами Центра неврологии и поведения Австралийского университета, который объединяет исследователей из самых разных областей для изучения мозга и его роли в поведении.

Новый электрод для измерения РНК и ДНК

Датчики, также известные как микроэлектроды из углеродного волокна, позволяют исследователям, таким как Зестос, проводить точные измерения химических веществ в мозге. Исследователи могут больше узнать о сложной схеме мозга, состоящей из нервных путей и нейротрансмиттеров, химических веществ в мозге, которые передают сообщения по заданному пути.

Зестос и Брахт использовали типичный микроэлектрод из углеродного волокна с циклической вольтамперометрией с быстрым сканированием, датчик того же типа, который используется для обнаружения дофамина в головном мозге. Работа Zestos часто включает использование датчиков для обнаружения и измерения дофамина в мозге, потому что нейромедиатор участвует в широком диапазоне активности нервной системы, от телесных движений до эмоциональных реакций.

Исследователи модифицировали датчик с помощью специального электрода. Они не были уверены, что это сработает, и были удивлены, когда электрод, или форма волны, обнаружил окислительные пики аденозина и гуанозина, двух строительных блоков ДНК. Время обнаружения быстрое, менее чем за секунду. Методы исследования были проверены с использованием как животных, так и синтетических РНК и ДНК.

Инструмент исследования и предварительной диагностики

В ближайшем будущем Брахт и Зестос предполагают, что этот инструмент будет полезен в клинических исследованиях. Исследователи, использующие этот инструмент, могут получить полезную информацию о нуклеиновых кислотах и ​​измерить относительные соотношения аденозина, гуанозина и цитидина, еще одного нуклеинового основания ДНК.

Датчик размером примерно с прядь человеческого волоса достаточно мал, чтобы имплантироваться в клетки, ткани или живые организмы. Датчик может обнаруживать ДНК или РНК в любом образце жидкости, включая капли жидкости, слюну, кровь или мочу.

Датчик также можно использовать в качестве предварительной диагностики. По словам исследователей, начало заболевания или грибковой инфекции может вызвать быстрое повышение уровня нуклеиновых кислот, которое датчик может измерить и, возможно, предсказать быстрое заражение. Например, получение результатов тестов на коронавирус может занять до суток и более.

Электрохимические датчики могут использоваться для оценки образцов до методов, основанных на последовательностях. Мы можем представить себе несколько случаев, когда клинически полезно быстро измерить ДНК или РНК в образце перед дальнейшим секвенированием. Например, его можно использовать, когда есть много образцов, которые нужно быстро проверить, прежде чем проводить более обширные испытания ».

Джон Брахт, доцент биологии, Американский университет

Одним из текущих ограничений является то, что датчик должен будет обнаруживать не только цепи ДНК и РНК. Для обнаружения конкретного вируса или для генетического тестирования датчику потребуется обнаруживать последовательность гена вируса.

Следующим шагом в исследовании будет дальнейшая модификация сенсора, чтобы увидеть, может ли сенсор обнаруживать вирус. У датчика потенциально есть множество приложений, для которых потребуются дальнейшие исследования, в том числе в рамках судебной медицины и других областях, где датчики играют важную роль.

«Мы также думали о том, можем ли мы измерить метаболизм ДНК внутри живого мозга и клеток», – сказал Брахт. «Мы могли бы использовать один электрод для измерения нейромедиаторов, таких как дофамин, а также для измерения ДНК, РНК и их строительных блоков в мозгу в режиме реального времени»