VU Gyvybės mokslų centro (GMC) mokslininkų atliktas tyrimas sulaukė tarptautinio pripažinimo – jų publikacija pasirodė prestižiniame žurnale ACS Sensors, o tyrimo pagrindu sukurta iliustracija papuošė žurnalo viršelį. Mokslininkai sukūrė elektrocheminius biojutiklius, galinčius patikimai aptikti vieno nukleotido polimorfizmus (SNP) tiesiog iš žmogaus seilių mėginių. SNP – tai smulkūs, bet itin svarbūs genetiniai pokyčiai, galintys lemti individualius skirtumus tarp žmonių: polinkį į ligas, vaistų veiksmingumą ar jų pašalinį poveikį. Šių variacijų nustatymui iki šiol taikyti sudėtingi laboratoriniai metodai, todėl GMC tyrėjų tikslas buvo sukurti technologiją, kuri leistų tokią analizę atlikti greitai, nebrangiai ir patogiai klinikinėje praktikoje.
„Idėja kurti DNR jutiklius GMC kilo todėl, kad ji apima dvi man itin įdomias sritis – fundamentinius elektronų pernašos tyrimus tarp DNR ir paviršių bei jų pritaikymą realių mėginių genotipavimui,“ – sako dr. Dalius Ratautas, Biochemijos instituto (BChi) mokslininkas ir projekto vadovas. Jis kartu su kolegomis inicijavo projektą, finansuotą Lietuvos mokslo tarybos per mokslininkų inicijuotų projektų programą. Projekto tikslas – sukurti elektrocheminius biojutiklius, galinčius diskriminuoti trumpas DNR sekas, turinčias vieną arba kelis SNP.
Tarptautinėje mokslo erdvėje norint pasiekti aukštą lygį nebeužtenka pademonstruoti jutiklio veikimą vien tikslinių sekų modeliniuose tirpaluose – būtina dirbti su realiais mėginiais, kuo artimesniais būsimam pritaikymui. Šiuo atveju komanda susitelkė į CYP2C19 farmakogeną, susijusį su pakitusiu vaistų metabolizmu. Tyrime buvo nagrinėti du variantai: CYP2C19 (angl. wild-type) ir CYP2C19*17 (angl. gain of function). Kiekvienas iš mūsų turime oksidazę CYP2C19 bei jos geną, o šio geno SNP nustatymas yra kliniškai svarbus – ši analizė jau yra rekomenduojama naujausiose kardiologų gairėse.
Vykdydama projektą, BChi komanda susidūrė su iššūkiais siekdama tirti CYP2C19 iš realių seilių mėginių. Čia į pagalbą atėjo Biotechnologijos instituto (BTI) komanda. Kartu buvo išvystytas genominės DNR paruošimo protokolas: seilių mėginys padauginamas asimetrine PGR ir be papildomo gryninimo inkubuojamas su elektrocheminiu SNP jutikliu. Sistema per 60 minučių statistiškai patikimai nustato genetinės medžiagos tipą, diferencijuodama tarp trijų galimų diplotipų – homozigotinio wild-type, heterozigotinio ir homozigotinio SNP.
„Mane džiugina, kad apjungėme labai skirtingas mokslines kompetencijas bendram tikslui – personalizuotos medicinos žingsneliui arčiau kasdienės praktikos,“ – teigia dr. Miglė Tomkuvienė, mokslininkė iš BTI DNR modifikacijų tyrimų skyriaus.
Biochemijos instituto doktorantas, pirmasis straipsnio autorius Skomantas Serapinas, plačiau pristato šio tyrimo aktualumą:
Kam reikalingas toks jutiklis?
Farmakogenetiniai jutikliai padeda priimti sprendimus susijusius su žmogaus sveikata: paskirti tinkamus vaistus, optimizuoti jų dozes, esant poreikiui kažką keisti. Nepamirškime, kad kiekvienas žmogus yra skirtingas – būtent famakogenetiniai tyrimai tuos skirtumus gali parodyti ir leisti į juos atsižvelgti.
Kaip jūsų sukurtas jutiklis veikia?
Šis jutiklis naudoja genetinę medžiagą, kuri gauta iš amplifikuoto žmogaus seilių mėginio. Pastovioje temperatūroje jutiklis pamatuoja tikslinės DNR afiniškumą prieš mūsų žinomą DNR zondą. Afiniškumo pokyčiai sukelia elektrocheminio signalo pokyčius, kuriuos tiesiogiai išmatuojame. Rezultate jutiklis gali labai patikimai atpažinti taškines mutacijas.
Kuo jis skiriasi (yra geresnis) nuo dabartinių genotipavimo metodų?
Kaip dabar populiaru – mes norėtume „demokratizuoti“ į taškines mutacijas orientuotą analizę – pagaminti genetinį jutiklį, kuris miniatūrizuotas, nebrangus, paprastas ir taip pat nešiojamas. Manau, kad galimybė pacientams ir gydytojams neinvazyviai ir greitai gauti lengvai interpretuojamus rezultatus gali būti svarbus žingsnis farmakogenetinių matavimų taikymui.
Kiek sudėtingiau analizuoti realų mėginį lyginant su modeliniu?
Pradėję dirbti su tikrais mėginiais tikrai susidūrėme su problema – po PGR gautos DNR ilgis nebus toks koks norime, todėl reikėjo optimizuoti jutiklius, kad veiktų su sekomis, kurios yra ilgos. Kita problema su realiu mėginiu – jis dvigrandis, sunkiau „pagauti“ hibridizaciją ir žinoma mėginiai patys iš savęs dažniausiai neturės pakankamai DNR, todėl reikia ją amplifikuoti. Su BTI komanda įdėjome daug pastangų gauti kokybiškus negrynintus amplifikuotos DNR mėginius atspindinčius tikras analizės sąlygas.
Ką jums asmeniškai reiškia ACS Sensors publikacija su viršeliu?
Esu dėkingas ir visai komandai kuri šiame kelyje buvo, prisidėjo ir palaikė. Tai yra didelis tarptautinis mūsų tyrimo pripažinimas, ženklas, kad judame teisinga kryptimi. Man asmeniškai, simbolinis rezultatas pabaigiant doktorantūros studijas.
Kokios tolimesnės mintys ir darbai planuose?
Šiuo metu beliko integruoti izoterminę DNR amplifikaciją ir tuomet pereiti prie analizatoriaus veikiančio „čia ir dabar“ prototipavimo.
Straipsnio nuoroda: S. Serapinas, D. Stakelytė, K. Tučinskytė, M. Tomkuvienė, M. Dagys, D. Ratautas. ACS Sensors 2025, 10, 6819–6827. https://doi.org/10.1021/acssensors.5c01577
Finansavimas: Tyrimai finansuoti Lietuvos Mokslo Tarybos (projekto nr. S-MIP-23-127).
Turite klausimų ar norite bendradarbiauti? Susisiekite su S. Serapinu () arba D. Ratautu ()