БИОСЕНСОРЫ: В НАУЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ И ДОМА

С недавнего времени Ворзель - этот живописный уголок Киевской области - стал выездной резиденцией НАНУ. 6-9 июля здесь состоялась Международная конференция на тему: «Новые тенденции в развитии биосенсоров».

Проблематика конференции, которая проводилась под эгидой НАТО, имела чрезвычайно миролюбивую и конструктивную направленность. В ней приняло участие 17 стран, в том числе - Украина, Великобритания, США, Япония, Италия, Германия, Россия, Румыния, Венгрия. Возглавили конференцию академик НАНУ Анна Ельская и профессор Эптони Тернер (Великобритания).

- По-видимому, не случайно то, что местом для проведения этой конференции избрана Украина? - с этим вопросом я обратилась к сопредседателю конференции вице-президенту Украинского биохимического общества, зам. директора по науке Института молекулярной биологии и генетики, академику НАН Украины Анне ЕЛЬСКОЙ.

- Нынешняя конференция продолжает серию конференций НАТО по перспективным научным направлениям. Биосенсорами в Украине начали заниматься более 10 лет назад в Институте молекулярной биологии и генетики в содружестве с Киевским университетом им.Тараса Шевченко по инициативе профессора университета Виталия Илларионовича Стрихи. Сегодня среди многочисленных стран, проводящих исследования в области биосенсорики, Украина находится в первой десятке. Мы являемся абсолютными лидерами в области биосенсоров на полупроводниковых структурах (преимущество этих биосенсоров в том, что они имеют чрезвычайно маленькие размеры, относительно дешевы и могут сочетаться с последующей обработкой сигнала, что важно для автоматизации процесса). Благодаря зарубежным грантам и некоторой поддержке Министерства по науке и технологиям Украина смогла сохранить свои позиции в международной когорте «биосенсориков», несмотря на крайне тяжелые экономические условия. Однако чтобы не уступить эти позиции, необходима более существенная государственная поддержка, каковой может быть создание государственной программы по биотехнологии, включая биосенсоры.

Существующие в мире биосенсоры можно условно разделить на две категории - стационарные и карманные. К первой группе относятся аппараты, создаваемые для клиники, например, искусственная поджелудочная железа, и клинических лабораторий, в том числе для иммунной диагностики, ДНК-диагностики, например, для мониторинга наследственных заболеваний, выявления различных вирусов и т.д. Наряду с ними выпускаются небольшие и достаточно дешевые биосенсоры, позволяющие проводить исследования у постели больного или самостоятельно дома. Для нашей страны важнейшей задачей является создание недорогих и простых в применении приборов, доступных для стационарного использования в медицинских учреждениях и в домашних условиях, например, для быстрого определения глюкозы в крови. Закупать нужное количество приборов за рубежом Украина не в состоянии, да в этом и не будет необходимости при разработке и создании собственных приборов. Именно поэтому биосенсорные исследования украинских ученых имеют огромное значение для развития медицинской диагностики, экологического мониторинга, контроля биотехнологических процессов и т.д.

Вопрос о том, что же представляет собой биосенсорика, мы задали доктору биологических наук, профессору Н.Стародубу:

- В различных направлениях медицинской практики, биотехнологии и охраны окружающей среды чрезвычайно важна роль химических, биологических и иммунологических анализов. Эти анализы должны быть простыми, доступными и недорогими. Для их проведения необходимы инструментальные электронные устройства, обладающие соответствующими характеристиками. Такими устройствами и являются биосенсоры.

Принцип работы биосенсора заключается в следующем. Для анализа используются биологические материалы: ферменты, антитела, рецепторы клеток или клетки, которые размещаются на специальной физической поверхности. При взаимодействии биоматериала с аналитическим раствором возникает биохимический сигнал, который превращается в электрический и фиксируется на мониторе компьютера. Весь сложнейший процесс занимает несколько минут.

Спектр использования биосенсоров чрезвычайно широк. Приведем пример, который может заинтересовать многих. Статистика медицинских обследований любой страны выявляет 5 % жителей, входящих в группу риска.

Человек, имеющий у себя дома биосенсор, может проводить регулярные анализы, длительность которых меньше минуты, и затем переносить информацию прямо на компьютер лечащего врача. И стоит такой прибор сравнительно недорого - не более 50 долларов.

Существует еще одна разновидность биосенсоров - иммуносенсоры, способные за 10-15 минут выявить раннюю стадию развития инфаркта миокарда.

Кроме медицины биосенсоры могут найти широкое применение в других областях науки и практики. Например, в последнее время мы столкнулись с проблемой фитопатогенной инфекции растений - это и чернеющие помидоры, и усыхающие деревья. Ученые задались целью создать препятствие для проникновения инфекции в наши сады. Институт биохимии и Институт микробиологии и вирусологии НАНУ совместно с американскими коллегами готовы вооружить карантинные службы надежными и недорогими приборами.

Однако наиболее животрепещущей проблемой для нашей страны является охрана окружающей среды. С помощью биосенсоров возможен одновременный контроль всех токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ в воде или продуктах питания.

- Услышанное на конференции, конечно, впечатляет. Однако существование сверхсовременных биотехнологий еще не гарантирует их использование для «широкой аудитории». Насколько реально внедрение биосенсорных аппаратов в жизнь? - этот вопрос я адресую «практикам» - сотрудникам Института физики полупроводников, которые под руководством профессора Ю.Ширшова разработали новый аппарат под названием «Плазмон». Презентация его состоялась на конференции.

Рассказывает научный сотрудник института Владимир Чечель:

- Основным недостатком существующих биотехнологий является их дороговизна и длительность исследования.

Наша конструкция - оптоэлектронный биосенсор - использует нетрадиционный эффект поверхностного плазменного резонанса. Всякий организм реагирует на появление вирусов, микроорганизмов и вообще чужеродного белка (все это имеет общее название антиген) тем, что начинает вырабатывать защитные тела. Наличие таких антител свидетельствует о начальной стадии заболевания, которое еще поддается лечению. Мы наносим на поверхность высокопроводимых пленок (золота, серебра) слой специфических молекул, называемых антителами, и наблюдаем их взаимодействие с антигеном. Через несколько минут на мониторе появляется кривая, свидетельствующая о наличии или отсутствии возбудителей заболевания у обследуемого человека. Эти исследования проводятся совместно с коллегами из Института биохимии НАНУ.

- Ваш прибор полностью оригинален или существуют аналоги в других странах?

- Аппарат, подобный нашему, существует, но стоимость его превышает 200 тысяч долларов. Поэтому даже наиболее высокоразвитые страны не могут использовать его для практической медицины.

Наш аппарат стоит не более 8000 долларов - цена, доступная для многих медицинских учреждений. Мы уже получили несколько заказов от Лионского университета. В нашей стране подобный аппарат установлен в Институте биохимии им.А.Палладина.

- И еще один неизбежный вопрос: кто финансирует ваши исследования?

- К сожалению, почти все наши исследования проводятся на деньги, полученные от западных партнеров. Незначительная часть фондов выделяется Министерством науки и технологий Украины. Конференции, подобные этой, дают нам возможность установить личные контакты с зарубежными коллегами, заинтересовать их в наших аппаратах, получить новые заказы, а на вырученные деньги закупить оборудование для дальнейшей работы.