Пресс-центр / новости / Наука /
Идентификация животных ядов методом рамановской спектроскопии в сочетании с методом главных компонент
Учеными Отдела молекулярной нейроиммунной сигнализации ИБХ РАН совместно с коллегами из Института общей физики им. А.М.Прохорова РАН с помощью рамановской спектроскопии проведен сравнительный анализ ядов различных животных и ряда веществ другой природы (не-ядов) и продемонстрирована применимость этого метода для идентификации животных ядов.
Яды различных животных, включая змей, скорпионов, пауков, представляют собой сложные смеси преимущественно белковых и пептидных токсинов и оказывают комплексное, зачастую неблагоприятное воздействие на живые организмы. Однако яды и их компоненты находят применение, например, в фармацевтической и космецевтической промышленности. В связи с ограниченностью источников и сложностью получения некоторые яды представляют большую ценность. Контрабанда продуктов дикой природы, включая яды животных, является сегодня глобальной проблемой, а их незаконный оборот значителен. Зачастую невозможно доказать, что перевозимый материал является животным ядом, что позволяет контрабандистам избегать ответственности.
Рамановская спектроскопия, при применении к веществам белковой природы обладает такими преимуществами, как высокая информативность, экономичность и возможность прямого (без предварительной подготовки) измерения сухих образцов; на основе этого метода возможно реализовать быструю и простую методику идентификации ядов животных.
Авторы работы показали, что рамановская спектроскопия в сочетании с методом главных компонент (МГК) может обеспечить различение сухих образцов цельных ядов и рассмотренных не-ядов, а также кластеризацию различных образцов ядов животных на основе их сходства. Были исследованы яды змей, скорпионов, пауков, пчелы и сколопендры. В качестве не-ядов были рассмотрены аминокислоты, белковые и пептидные токсины (HDP1, NT1, Az), а также белки пепсин и лизоцим. Полученная МГК-карта, на которой расстояние между образцами отражает их различие, приведена на Рисунке. Интересно отметить видимое на карте относительное сходство ядов скорпионов и пауков.
Рисунок. График главных компонент (ГК, principal component, PC); процент объясненной дисперсии для каждой ГК указан в скобках. Образцы разной природы различаются по цвету: не-яды обозначены зелёным цветом; для ядов: оранжевый – пауки, голубой – скорпионы, синий – сколопендра, красный – змеи, фиолетовый – пчела.
Использование алгоритмов машинного обучения, включающее тренировку на части образцов, позволило также автоматически разделить исследуемые вещества на яды и не-яды.
Предложенный метод выглядит перспективным с точки зрения идентификации ядов животных на месте, например, в аэропортах и на пограничном контроле, персоналом без специального образования. Создание библиотек и программного обеспечения на ПК, совмещенном с компактным рамановским спектрометром, может служить основой для идентификации исследуемых веществ в полуавтоматическом режиме.
Необxодимо отметить, что для подтверждения эффективности предлагаемой методики необходимы дальнейшие исследования с расширенным набором образцов, включая небелковые органические вещества, углеводы, соли и т. д. Данная работа проводилась при сотрудничестве исследователей биологического и физического коллективов, направленном на продвижение оптических методов, один из которых – рамановская спектроскопия, в область биологии, в частности, токсинологии. Работа выполнена в рамках государственного задания, тема № 124051400034-0 и опубликована в журнале Microchemical Journal.
11 ноября