Модель клеточной мембраны NIST как будущий диагностический инструмент

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) и Литвы использовали лабораторную модель упрощенной клеточной мембраны, разработанную в NIST, для точного обнаружения и измерения белка, связанного с серьезным гинекологическим заболеванием — бактериальным вагинозом (БВ), при чрезвычайно низких концентрациях. Работа демонстрирует, как искусственная мембрана может улучшить диагностику заболеваний.

БВ, вызываемый бактерией Gardnerella vaginalis, — очень распространенная проблема здоровья у женщин. Он связан с бесплодием, неблагоприятными исходами беременности, послеоперационными инфекциями и повышенным риском заражения инфекциями, передаваемыми половым путем. Текущая диагностика опирается на трудоемкие, длительные и несколько нестабильные лабораторные культуры или иммунологические анализы.

В недавней статье в журнале PLoS One исследователи из NIST и Вильнюсского университета сообщили, что им удалось выявить присутствие G. vaginalis, быстро обнаружив и измерив количество вагинолизина (VLY) — белкового токсина, производимого исключительно этой бактерией. Для этого использовалась модель клеточных мембран NIST, известная как тетhered bilayer lipid membrane (tBLM).

Модель tBLM от NIST представляет собой двухслойный лист простых липидных молекул, аналогичный более сложным структурам, образующим внешнюю оболочку животных клеток. Мембрана закреплена на подложке с помощью молекулярных «якорей» (tethers), что позволяет окружить ее сверху и снизу типичными клеточными жидкостями. Исследователи могут использовать модель для изучения влияния различных факторов, например белков, на целостность липидной мембраны.

В природе белок VLY связывается с мембранами, содержащими холестерин, и образует в структуре поры, заставляя клетку лопаться и погибать. Исследователи подготовили «молекулярную удочку», приманив свою лабораторную мембрану холестерином в концентрациях от 0% (контроль) до 40%. Белки VLY, «клюнувшие» на холестерин, создавали поры в тестовых мембранах. Это, в свою очередь, изменяло электрохимическое поведение мембран, что можно было обнаружить в реальном времени с помощью чувствительной методики — электрохимической импедансной спектроскопии (EIS).

Исследователи обнаружили, что могут выявить присутствие VLY в концентрации до 28 нанограмм (миллиардных долей грамма) на миллилитр. Это в четыре раза лучше, чем современные методы обнаружения на основе антител. Скорость обнаружения также выше: система tBLM-EIS дает результаты за часы, а не дни. Кроме того, разные штаммы G. vaginalis производят разное количество VLY, поэтому во многих случаях соответствующие показания EIS могут помочь определить конкретный тип бактерий, присутствующих при инфекции.

Теперь, доказав жизнеспособность системы обнаружения tBLM-EIS, исследователи планируют начать тесты на клинических образцах в начале этого года.