Пресс-центр / новости / Наука /

Производные тушителей флуоресценции семейства black hole quencher, несущие положительный заряд, в качестве внешних SERS-активных чувствительных элементов биосенсоров

Сотрудники Группы молекулярных инструментов для исследования живых систем (ИБХ РАН), кафедры природных соединений химического факультета МГУ и Института физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна, при участии Лаборатории молекулярного дизайна и синтеза (ИБХ РАН), разработали внешние SERS-активные чувствительные элементы на основе производных black hole quencher, несущие положительный заряд.

Zavyalova E, Tikhonova D, Zhdanov G ,Rudakova E, Alferova VA, Moiseenko A, Kamzeeva PNKhrulev AAZalevsky A, Arutyunyan A, Novikov R, Kukushkin V, Aralov AV

Zhdanov G, Nyhrikova E, Meshcheryakova N, Kristavchuk O, Akhmetova A, Andreev E, Rudakova E, Gambaryan A, Yaminsky I, Aralov AV, Kukushkin V & Zavyalova E

Большинство аптасенсоров имеют сложную структуру и содержат неканонические структурные ансамбли, такие как G-квадруплексы и i-мотивы. Для взаимодействия с подобными структурами соединение должно содержать расширенную ароматическую систему, обеспечивающую эффективный стэкинг с нуклеиновыми основаниями, и положительно заряженные алкильные группы, взаимодействующие с отрицательно заряженным сахаро-фосфатным остовом. Кроме того, для генерирования Рамановского сигнала молекула должна иметь большой коэффициент молярной экстинкции при длине волны возбуждения лазера (532 нм) и низкий квантовый выход флуоресценции. В качестве центральной ароматической системы был выбран остов известных тушителей BHQ-1 и BHQ-2, обладающих практически нулевым квантовым выходом флуоресценции. BHQ-1 и BHQ-2 были дополнительно модифицированы положительно заряженными алкильными группами для взаимодействия с остовами вторичных структур нуклеиновых кислот. Полученные соединения были опробованы в составе двух биосенсоров:

1) Биосенсор на основе ДНК аптамера для количественного определения аденозинмонофосфата (АМФ).

Среди разработанных соединений производное BHQ-2 с двумя аминоэтильными группами, BHQ-2-(NH2)2 взаимодействует с неспаренным гуанином, уложенным между неканоническими парами оснований гуанин-гуанин и гуанин-аденин в комплексе ДНК аптамер-АМФ с KD = 26 нМ, и конкурирует с АМФ за связывание с аптамером. Взаимодействие между аптамером, его аналитом (АМФ) и BHQ-2-(NH2)2 позволило разработать быстрый и надежный SERS биосенсор с пределом обнаружения 3,4 нМ АМФ и рабочим диапазоном почти 5 порядков (3,4 нМ-200 мкМ).

2) Биосенсор на основе ДНК аптамера для качественного определения частиц вируса гриппа.

В случае данного биосенсора, BHQ-2-(NH2)2 конкурирует с вирусом за связывание с G-квадруплексом, являющимся ядром аптамера. Биосенсор работает даже с аликвотами биологических жидкостей за счет удаления нецелевых молекул предварительной фильтрацией через полимерную мембрану и обеспечивает предел обнаружения 103 частиц на мл вируса гриппа А, что приближается к чувствительности методов ОТ-ПЦР.

Суммируя, предложенные красители в качестве внешних чувствительных элементов могут повысить чувствительность, упростить биосенсоры и снизить их стоимость, а также ускорить процесс количественного и качественного определения аналитов. Результаты исследования опубликованы в журналах Analytica Chimica Acta (IF 6.911) и Frontiers in chemistry (IF 5.545).

8 июля