Небольшие различия в интенсивности флюоресценции между мутировавшей и здоровой ДНК стократно усиливаются резонатором жидкостного лазера. (Рисунок Christopher Burke.)
Используя жидкостный лазер, учёные из Мичиганского университета (США) разработали очень удобный метод обнаружения небольших генетических мутаций, которые могут вызывать предрасположенность к определённым типам рака и другим заболеваниям.
Результаты этой работы, призванные расширить наше понимание генетического базиса болезней, опубликованы в журнале Angewandte Chemie. Кроме того, исследование могло бы найти применение в жутко захватывающей прикладной области так называемой персонифицированной медицины, которая занята разработкой лекарственных препаратов под каждого отдельно взятого пациента, основываясь на детальном знании его генетики.
Учёные утверждают, что их метод работает много лучше других подходов к решению той же задачи, использующих флуоресцентные красители и иные биологические молекулы для нахождения мутировавшей цепочки ДНК и последующего с ней связывания. Когда специально подготовленная патрулирующая молекула наталкивается на таких мутантов и связывается с ними, она превращается во флуоресцирующий маяк. Звучит просто и понятно, и, кажется, всё должно работать без проблем. Но это далеко не так. Дело в том, что, как ни бейся над повышением избирательности патрульной молекулы, она всё равно стремится к контакту и со здоровой ДНК, и это создаёт высокий уровень шумового излучения, которое лишь немного темнее искомого сигнала. Таким образом, в худшем случае на фоне шума вообще не удаётся различить никакого сигнала. Как результат — неверный диагноз, способный повлечь за собой самые трагические последствия. Ведь речь идёт о жизни: пациент может иметь мутировавший ген, а вы его не видите, зато обнаружите несуществующий.
В стандартной флуоресцентной процедуре сигнал от мутировавшей ДНК может быть лишь на несколько десятых долей процента выше, чем уровень шума. В методике же, разработанной группой Сюйдун Фаня, яркость положительного сигнала в сотни раз превышает шумовой. Как говорится, почувствуйте разницу. По словам г-на Фаня, его команде удалось найти гениальный путь, позволяющий использовать пусть небольшое, но всё-таки различие в интенсивностях сигналов от мутировавшей и здоровой ДНК. «Гениальность» в данном случае обеспечил лазер.
Открытые в конце 1960-х жидкостные лазеры усиливают интенсивность света, используя в качестве рабочей среды раствор красителя, а не кристаллы, как в твердотельных лазерах. Г-н Фань, чей научный интерес — пересечение биомедицинского инжиниринга и фотоники, сам разрабатывал их в течение пяти лет. Уникальность его подхода заключается в использовании для усиления света специального стеклянного капилляра, называемого «круговым объемным резонатором» (ring resonator cavity).
а — до связывания маркер не флюоресцирует, находясь в закрытой форме; б — принцип детектирования мутировавших ДНК в житкостном лазере. (Схема Xudong Fan.)
В прошлом году группа Сюйдун Фаня обнаружила, что может использовать помеченные флюоресцирующие ДНК для модулирования излучения жидкостного лазера. Поначалу никто из учёных даже не думал о практическом применении наблюдаемого эффекта, но потом случилось озарение: ДНК не обязательно должны быть очень разными, это могут быть и молекулы с различиями в незначительных мутациях. Проще говоря, хотя разница во флуоресценциях мутировавшей и нормальной ДНК после их связывания с маркером мизерна, многократное усиление в среде резонатора даёт на выходе стократные различия в конечных сигналах.
Загрузка...