Страницы: ...1
Нанотехнологии в медицине
Экспресс-диагностика токсинов ботулизма c помощью микрочипов
П.Ляхов, под редакцией П.Горелова
Москва 2014
Введение
Ботулизм - опасное для жизни человека инфекционное заболевание. В случае несвоевременной диагностики инфекции летальный исход возможен в 60 % случаев. Болезнь развивается стремительно – нередко всего за несколько часов после попадания возбудителя в организм человека, поэтому очень важно на ранней стадии поставить точный диагноз.
Поскольку традиционные лабораторные методики диагностики занимают больше одного дня, большой интерес представляют новые приборы, выполняющие экспресс-анализ с помощью микрочипов. В частности, анализатор токсинов и патогенов ePaTOX II позволяет определить ботулинический токсин типа A, В, Е и F в течение 20 минут, провести своевременные мероприятия по его нейтрализации и облегчить страдания больных.
Павел Ляхов. "Shadows of the Past". Холст, масло. 73,5х81 см. 2006 г.
Отравление токсином возможно только при употреблении продуктов, в которых в анаэробных условиях произошло размножение Cl.botulinum и накопление токсина. Обычно такие условия возникают при несоблюдении санитарных норм приготовления пищи. Часто источником токсина становятся консервы домашнего производства [5].
Известно семь типов возбудителя — А, В, С (подтипы С1 и С2), D, Е, F и G, различающиеся по антигенной структуре выделяемого экзотоксина [6]. Вспышки ботулизма чаще всего вызваны токсином типа А, реже – типами В, С, E и F. Токсин D вызывает заболевания только у животных и водоплавающих птиц [1].
Симптомы заболевания ботулизмом проявляются внезапно – это сухость во рту, слабость в мышцах, нарушение зрения, затруднение глотания, изменение высоты и тембра голоса, учащенное дыхание. Болезнь развивается стремительно и может продлиться от одного до двух месяцев. Летальные исходы возникают в основном вследствие дыхательной недостаточности. Инкубационный период протекает от нескольких часов до 2-5 дней, составляя в среднем 18-24 часов.
Методы диагностики
Павел Ляхов. ИНТЕРЕСНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ Бумага, акварель. 85,8х61 см. 2009 г.
Используемые сегодня методы диагностики ботулизма характеризуются длительностью анализа от 1 до 10 дней, что как минимум в два раза дольше инкубационного периода заболевания. Материалом для бактериологического исследования служат фекалии и рвотные массы больного, промывные воды желудка и кишечника, содержимое ран (при раневом ботулизме), подозреваемая пища [7].
Известны следующие методы диагностики токсина ботулизма [8]:
• клинические – наблюдение за зараженными возбудителем подопытными животными (белыми мышами, морскими свинками, кроликами), взятие крови, гипериммунизация;
• бактериологические – посевы Cl.botulinum на МПА с 2% глюкозой в среду Китта-Тароцци, бульон Хоттингера с 1% глюкозой, выделение чистых культур, получение и наработка бактериальной массы и продуцируемого токсина;
• культурально-морфологические и биохимические – изучение сахаролитических и протеолитических свойств штаммов Cl.botulinum;
• микроскопические – световая и люминесцентная микроскопия;
• серологические – постановка РН, РНГА, ИФА;
• радиобиологические – инактивация возбудителя Cl.Botulinum на гамма-установке "Исследователь" с источником излучения 60 Сo;
• химические – инактивация возбудителя Cl.botulinum и перевод токсинов в анатоксины с использованием 40% раствора формалина;
• диагностика с использованием микрочипов [9].
Диагностика с использованием микрочипов
Наиболее современный метод диагностики ботулизма основан на использовании приборов со специальными микрочипами. В частности, этот принцип реализован в универсальном портативном анализаторе ePaTOX II, который предназначен для высокочувствительного обнаружения белков, токсинов, нуклеиновых кислот и других биомолекул в образцах разных видов. Прибор позволяет определить ботулинический токсин типов А, В, Е и F, и может использоваться как в стационарных лабораториях, так и в переносных системах [9].
Принцип чип-обнаружения в ePaTOX II основывается на электрохимической реакции. Для ее проведения используют микросхемы с наноразмерной структурой электродов, изготовленных на кремнии по современной полупроводниковой технологии.
Биочип содержит 16 точек измерения, заполненных различными рецепторными молекулами. Конфигурация биочипа позволяет параллельно выявлять несколько токсинов или патогенов. Исследуемый образец в ходе анализа автоматически покрывает всю поверхность чипа, что дает возможность молекулам-мишеням связываться с комплементарными рецепторными молекулами (например, с антителами, олигонуклеотидами), которые иммобилизуются на поверхности чипа. Затем следует маркировка энзимов.
Фиксируемый на чипе энзим преобразуется в субстрат, который может быть идентифицирован в результате электрохимической реакции. Электродная структура на чипе позволяет измерять электрический сигнал, величина которого прямо пропорциональна концентрации молекул-мишеней в образце. Электрохимический принцип обнаружения позволяет достичь высокой аналитической точности, а результирующая система не подвержена оптическим помехам, например помутнению. Полное время анализа при обнаружении ботулинических токсинов занимает около 20 минут.
ePaTOX II прост в использовании и комплектуется интуитивно понятным аналитическим программным обеспечением.
Таким образом, современный инновационный метод диагностики ботулизма с помощью анализатора токсинов и патогенов на основе микрочипа позволяет значительно сократить время анализа и своевременно приступить к лечению инфекции, облегчив течение заболевания. Также возможна профилактика путем анализа пищевых продуктов на наличие ботулотоксина, что дает возможность предотвратить заболевание.
Чувствительность определения ботулинических токсинов с помощью прибора ePaTOX II
Тип ботулинического токсина |
Чувствительность, нг/мл |
A |
2 (30 комплекс) |
B |
2 (20 комплекс) |
E |
5 (50 комплекс) |
F |
5 (50 комплекс) |
Литература
1. Тимченко В.Н., Быстрякова Л.В. Инфекционные болезни у детей. – СПб: СпецЛит, 2001, с.519–525.
2. Шувалова Е.П. Инфекционные болезни. – Медицина, 2005, с.138–142.
3. Ящук Н.Д., Венгеров Ю.Я. Инфекционные болезни. – Медицина, 2003, с.226–232.
4. Возианова Ж.И. Инфекционные и паразитарные болезни. – Здоровье, 2000, с.433–457.
5. Ботулизм (botulismus). Причины. Симптомы. Диагностика. Лечение. http://www.eurolab.ua/encyclopedia/323/2224.
6. Инфекционные болезни. Национальное руководство // Под ред. Н.Д. Ющука, Ю.Я. Венгерова. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009, 1056 с.
7. Ботулизм. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C1%EE%F2%F3%EB%E8%E7%EC.
8. Т.Р. Мустафин. Разработка экспресс - методов диагностики ботулизма. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Казань, 2014/
9. ePaTOX II. Быстрое, высокоточное обнаружение токсинов и патогенов с помощью чипов. http://awt-nsk.ru/catalog?id=7431&cat=7426
Публикации:
Статья опубликована в научно-техническом журнале "Наноиндустрия", выпуск #6/2014 (ссылка на электронную версию публикации: http://www.nanoindustry.su/journal/article/4318).
m
Павел Ляхов, 2014
Переведено веб-формат 24.09.2014