Сегодня ученые всего мира участвуют в амбициозной программе "Протеом человека", являющейся продолжением знаменитого "Генома человека".
Как известно, у человека 28 тысяч генов и все они расшифрованы. Но в то же время в нашем организме содержится 4,5 миллиона разных видов белков. Именно они регулируют функции различных органов, и сбои в их работе приводят к болезням. Цель программы "Протеом человека" - расшифровать, соотнести с генами и определить функции всех этих белков! Задача, прямо скажем, грандиозная. Дело не только в огромном количестве белков. Их концентрация в организме минимальна, буквально, считанные молекулы.
Специалисты Института физики полупроводников Сибирского отделения РАН и московского Института биомедицинской химии (ИБМХ) РАМН разработали биочипы на основе нанотранзисторов, которые могут стать ключом к решению проблемы "Протеома человека".
Как известно, биочипы - это миниатюрные датчики, которые способны обнаружить исчезающие малые концентрации того или иного белка, гормона, ДНК или РНК. Отцом биочипа считается директор Института молекулярной биологии РАН, академик Андрей Мирзабеков. Сегодня эти устройства на основе иммуноферментного анализа применяются в медицине. Но метод довольно трудоемкий, так как связан с применением красителей, что сдерживает его широкое применение.
Разработка сибирских и московских ученых - следующий шаг в этой научной сфере. Ими созданы нанобиочипы, у которых принципиально иной принцип детекции - электронный. Сам датчик, процессоры, память - все это можно разместить в одном кристалле кремния. Сразу появляется возможность параллельно обрабатывать информацию, поступающую по десяткам тысяч каналов. Это настоящий прорыв по сравнению с нынешними биохимическими биочипами.
Кроме того, у нанобиочипов - рекордная чувствительность на уровне фемтомольных (10 в минус 15 степени) концентраций за счет того, что в качестве датчика используется транзистор в виде проволочки диаметром 10 нанометров.
Еще одно преимущество новых устройств в том, что в одной ячейке можно собрать большое количество датчиков, настроенных на разные молекулы. Сейчас в ИФП разрабатывается электронный коммутатор, способный снимать информацию одновременно с тысячи нанопроволок!
- Наш биочип одновременно диагностирует 12 видов заболеваний, в том числе онкологические, когда рак на ранней стадии другими способами распознать еще невозможно, - рассказывает заведующий лабораторией нанобиотехнологии ИБМХ Юрий Иванов.
Ученые ИФП показали, что нанопроволоки сохраняют возможность восстановления своих свойств, по крайней мере, в течение 2 лет. Этого вполне достаточно, поскольку срок хранения сублимированных тест-систем обычно не превышает года. Такие нанобиочипы можно имплантировать пациентам с хроническими заболеваниями, например, диабетом. А еще использовать в качестве экспресс-тестов, например, для ранней диагностики злокачественных опухолей или опасных вирусных заболеваний. Впрочем, для экспресс-анализа лучше подойдут одноразовые сенсоры.
Алексей Хадаев
Новосибирск