При поступлении в клинику пациента с подозрением на серьезный инфекционный процесс у врача есть несколько драгоценных минут на обследование, установление точного диагноза и назначение соответствующего лечения. В данном случае опыт и практические навыки врача играют ключевую роль в долгосрочном прогнозе для пациента, предупреждении развития внутрибольничной инфекции и резистентности бактерий к антибиотикам. Подспорьем в достижении данных задач служат дополнительные методы исследования, позволяющие максимально сократить время диагностики и повысить ее достоверность.
Значительно сократить время, необходимое для диагностики инфекционного процесса, позволит устройство, разработанное специалистами из Университета Аризоны (University of Arizona), США, в котором реализован модифицированный метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) — Droplet-On-Thermocouple Silhouette quantitative PCR (DOTS qPCR). Результаты данной работы опубликованы в журнале «Science Advances».
ПЦР — высокотехнологический и высокоточный метод молекулярной диагностики многочисленных инфекций, основанный на термоциклировании, состоящем из повторяющихся циклов нагрева и охлаждения молекул ДНК или их праймеров (коротких фрагментов ДНК) в биологическом материале. В процессе ПЦР происходит избирательная амплификация (копирование) ДНК в геометрической прогрессии до количества, достаточного для визуального определения, что позволяет выявить наличие возбудителя даже при минимальном содержании его штаммов в биологическом материале. Единственным недостатком данного метода является его длительность — обычно проведение ПЦР состоит из 20–40 циклов, каждый из которых включает 3 дискретных температурных этапа, занимая в общей сложности 1–2 ч.
Согласно результатам исследования, предложенная американскими учеными технология DOTS qPCR позволяет определить возбудителя инфекции всего лишь за 4 температурных цикла, сокращая время диагностики до 3,5 мин. Данная методика основана на определении изменений поверхностного натяжения капли воды, эмульсированной в масляной среде. Капля воды, перемещаясь вдоль теплового градиента, создает условия для запуска процесса амплификации содержащейся в ней целевой ДНК. В итоге интенсивность данного процесса прямо пропорциональна изменениям поверхностного натяжения капли воды. Примечательно, что ее размер можно определить с помощью камеры смартфона, что дает возможность наблюдать и оценивать ход реакции в режиме реального времени.
Как подчеркнули авторы исследования, интегрированный со смартфоном способ диагностики инфекционных заболеваний выгодно отличается от традиционных дорогостоящих и трудоемких методов анализа не только простотой в применении и экономичностью, но и возможностью выявления в кратчайшие сроки любого инфекционного процесса с использованием минимального количества биологического материала.
- Harshman D.K., Rao B.M., McLain J.E. et al. (2015) Innovative qPCR using interfacial effects to enable low threshold cycle detection and inhibition relief. Science Advances, 4 September [Epub ahead of print].
- University of Arizona (2015) New medical device concept could reduce time to diagnose infections. Science Daily, 4 September (http://www.sciencedaily.com/releases/2015/09/150904194857.htm).
Сергей Боровик
