Ученые КФУ создали ДНК-сенсор для оценки защитного действия
Сотрудники Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета (КФУ) представили уникальный электрохимический ДНК-сенсор, способный оценивать биологическую эффективность природных антиоксидантов в напитках. Инновационная разработка помогает понять, насколько эффективно кофе, чай, вино и соки защищают ДНК от повреждений. В ее основе — сочетание «зеленых» растворителей, углеродных наноматериалов и полимерных красителей, что делает ее не только высокотехнологичной, но и экологически безопасной.
В последние годы внимание биологов, химиков, медиков и нутрициологов все чаще обращено к проблеме повреждения ДНК. Окислительный стресс — процесс, при котором свободные радикалы атакуют клетки и их генетический материал, считается одним из основных факторов старения и пусковым механизмом развития тяжелых патологий, среди которых — онкологические заболевания, нейродегенеративные болезни, синдром Вернера и многие другие состояния, связанные с нарушением стабильности генома.
Созданный в КФУ биосенсор объединяет сразу несколько инновационных решений, сочетающих современные нанотехнологии и принципы «зеленой» химии. В качестве базового компонента ученые использовали углеродные наноматериалы — структуры с развитой поверхностью, обладающие высокой электропроводностью и биосовместимостью. Они обеспечивают чувствительность сенсора и стабильность сигналов в ходе анализа.
«Нанокомпозит преобразует гладкую поверхность электрода в сложную разветвленную трехмерную структуру. Такое изменение значительно увеличивает эффективную площадь поверхности электрода и, как следствие, — количество доступных для связывания центров, что существенно повышает чувствительность анализа», — рассказала один из авторов разработки, ведущий инженер кафедры аналитической химии Химического института им. А.М. Бутлерова КФУ Анастасия Маланина.
Сами по себе углеродные наноматериалы обладают отличной электропроводностью, но при этом не реагируют на изменение структуры ДНК. Краситель выступает в роли электрохимически активного индикатора. В полимерной форме он образует прочную пленку, способную эффективно взаимодействовать с ДНК. Совместное использование углеродных наноматериалов и полимера приводит к образованию модифицирующего покрытия. Именно оно реагирует на малейшие повреждения в структуре ДНК, вызывая изменения электрического тока и, таким образом, обеспечивая значительно более высокую чувствительность анализа.
Во время анализа сенсор подвергается действию агента, генерирующего свободные радикалы, аналогично тому, как ДНК повреждается в организме при окислительном стрессе. Сенсор моделирует процесс повреждения биомолекулы ДНК под воздействием свободных радикалов, а затем оценивает, насколько эффективно тестируемый напиток способен предотвратить эти повреждения.
«С помощью разработанного сенсора можно оценить комплексный эффект защитного антиоксидантного воздействия продуктов. Антиоксиданты различной природы по-разному влияют на отклик сенсора. Последующая математическая обработка может помочь выделить вклад отдельных компонентов в суммарный сигнал», — отметила Анастасия Маланина.
По мнению авторов, новый сенсор позволит вывести анализ напитков на уровень биологической эффективности. Это особенно важно в условиях, когда многие производители активно используют термин «антиоксиданты» в маркетинговых целях, но не всегда подтверждают фактическое действие продукта. Разработка также может быть использована в качестве модельной системы для изучения механизмов повреждения и защиты ДНК, что актуально для молекулярной биологии, биофизики, фармакологии, медицинской химии.
Напомним, что 2022–2031 годы в Российской Федерации объявлены Десятилетием науки и технологий. Это было установлено Указом Президента Российской Федерации от 25.04.2022 г. №231.
Основные задачи проведения Десятилетия науки и технологий - это привлечение талантливой молодёжи в сферу исследований и разработок, содействие вовлечению исследователей и разработчиков в решение важнейших задач развития общества и страны и повышение доступности информации о достижениях и перспективах российской науки для граждан Российской Федерации.