Вирусы — это микроскопические паразиты, которые размножаются только внутри живых клеток организма. Они могут инфицировать все формы жизни, от растений и животных до микроорганизмов, включая архии и бактерии.
По оценкам специалистов, в организме животных содержится более 1,5 миллиона неизвестных вирусов, которые могут передаваться людям. Известные вирусы, такие как Эбола, Зика и H5N1, вызвали широкое распространение болезней и смертей. Однако раннее обнаружение предоставляет «окно возможностей» для прекращения распространения смертоносных вирусов, позволяя быстро и эффективно применять контрмеры.
Поэтому исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали недорогое портативное устройство, которое фиксирует вирусы на основе их размера. Оно получило название VIRRION (сокращение от «захват вирусов с быстрым обнаружением и идентификацией с помощью рамановской спектроскопии»).
Как это работает?
Существующие методики (для обнаружения вирусов) требуют дорогостоящих и крупных приборов. С другой стороны, этот новый прибор имеет всего несколько сантиметров в ширину. Он состоит из массивов нанотрубок, сравнимых по размерам с различными вирусами.
Группа исследователей использовала рамановскую спектроскопию для идентификации вирусов на основе их индивидуальных вибраций. Для идентификации молекул вируса даже в очень низкой концентрации исследователи усилили рамановский сигнал, добавив в устройство наночастицы золота.
Затем они использовали методы машинного обучения для создания библиотеки широкого спектра вирусов.
Тесты показывают, что VIRRION позволяет одновременно обогащать несколько возникающих штаммов вируса всего за несколько минут. Устройство фиксирует вирусы по их размерам (используя градиент выровненных массивов углеродных нанотрубок) и обнаруживает их на месте (используя рамановскую спектроскопию) с точностью 90% в реальном времени.
Кроме того, этот возможный процесс обогащения позволяет дальнейшее культивирование и определение характеристик с помощью электронной микроскопии и глубокого секвенирования. Таким образом, это быстрая и эффективная система мониторинга заболеваний, которая значительно улучшает эпиднадзор за вирусами.
Использование и применение
VIRRION был бы чрезвычайно полезен при появлении вирусов, их обнаружении и диагностике. А поскольку он небольшой и недорогой, то поможет врачам быстро отслеживать вирусные вспышки в режиме реального времени.
Это устройство имеет широкий спектр возможного применения. Например, раннее обнаружение вируса у домашнего скота может спасти стадо от тяжелых заболеваний. В сельском хозяйстве раннее обнаружение может спасти целую культуру. И, конечно же, обнаружение вирусов за считанные минуты (а не за дни) может спасти больше человеческих жизней.