Un nou biosenzor pentru SARS-CoV-2

O echipă de cercetători din Elveția a dezvoltat o nouă metodă de dectare a noului coronavirus, care ar putea fi utilizată pe viitor pentru măsurarea concentrației virusului în mediul înconjurător, spre exemplu în zone aglomerate sau în sistemele de ventilație ale spitalelor.
Senzorul ar putea să identifice rapid și eficient virusul SARS-CoV-2. El nu va înlocui neapărat testele de laborator actuale, ci ar putea fi folosit ca și o alternativă de diagnostic și ca o măsurătoare a concentrației virusului în aer în timp real, de pildă în gări sau în spitale.

Pentru a detecta eficient și în siguranță noul coronavirus, biosenzorul optic combină 2 efecte diferite: efectul optic și efectul termic. Senzorul se bazează pe fragmente mici de aur, denumite nanoinsule de aur, pe un substrat de sticlă. Pe aceste nanoinsule sunt plasați receptori artificiali de ADN care se potrivesc cu anumite secvențe ARN ale SARS-CoV-2. Coronavirusul este un virus ARN, ceea ce înseamnă că genomul nu este alcătuit dintr-o moleculă dublu catenară de ADN, ca la organismele vii, ci dintr-o singură catenă de ARN. Receptorii de la nivelul senzorului sunt secvențe complementare cu secvențe ARN ale noului coronavirus.

Tehnologia utilizată de cercetători pentru detectarea noului coronavirus se numește LSPR (localized surface plasmon resonance – rezonanță plasmonica de suprafață localizată). Aceasta reprezintă un fenomen optic ce apare în nanostructurile metalice. Când nanostructurile metalice sunt stimulate, ele modulează lumina incidentă într-un anumit interval de lungime de undă, construind un câmp plasmonic în jurul nanostructurii. Când moleculele se leagă la suprafață, indicele de refracție din interiorul câmpului plasmonic stimulat se modifică iar un senzor optic localizat pe spatele senzorului detectează această modificare și determină dacă proba conține ARN-ul căutat.
Totuși, trebuie capturate doar acele secvențe de ARN care sunt complementare cu receptorul de ADN de pe senzor. Pentru a face acest lucru, biosenzorul utilizează al doilea efect și anume efectul plasmonic fototermal. Dacă aceeași nanostructură de pe senzor este stimulată cu un laser de o anumită lungime de undă, va produce căldură localizată.

Când catena unică de ARN își găsește catena complementară, atunci cele două se combină pentru a forma o dublă catenă, iar procesul se numește hibridizare. Procesul care presupune despărțirea dublei catene în două catene separate se numește denaturare și are loc la o anumită temperatură, de topire. Dacă temperatura este mai scăzută decât temperatura de topire, atunci chiar și catenele care nu sunt complementare una cu cealaltă pot să se atașeze una la cealaltă, lucru care ar duce la rezultate fals pozitive. Dacă temperatura este doar puțin mai scăzută decât temperatura de topire, atunci doar catenele complementare pot să se combine. Efectul fototermal crește puțin temperatura ambientală pentru a favoriza combinarea catenelor complementare.

Pentru a demonstra fiabilitatea noului biosenzor la noul coronavirus, cercetătorii l-au testat și pe SARS-CoV, care a determinat pandemia SARS din 2003. Cele două virusuri, SARS și SARS-CoV-2, diferă doar puțin la nivelul ARN-ului. Rezultatele au fost favorabile, arătând că senzorul poate deosebi între secvențele ARN similare ale celor 2 coronavirusuri.

În prezent, biosenzorul nu este gata să măsoare concentrațiile virusului din aer dar atunci când va fi, principiul ar putea fi aplicat și altor virusuri, pentru a ajuta la detectarea și terminarea epidemiilor încă din fazele timpurii.

sursa: Science Daily