Naukowcy z Mass General Brigham opracowali przełomowy test diagnostyczny, który może zrewolucjonizować sposób wykrywania wirusów. Narzędzie o nazwie LUCAS wykorzystuje bioluminescencję – światło emitowane przez reakcje enzymatyczne – by w rekordowo krótkim czasie wykrywać patogeny z niespotykaną czułością. Wyniki badania, opublikowane w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering, wskazują na skuteczność 94 proc. i sygnał świetlny 515 razy silniejszy niż dotychczasowe metody.
Czym właściwie jest LUCAS?
Inspiracją dla technologii LUCAS była natura – a konkretnie świetliki i inne organizmy zdolne do emitowania światła dzięki biochemicznym reakcjom lucyferyny i lucyferazy. Przez dekady naukowcy próbowali zaadaptować to zjawisko do użytku diagnostycznego, jednak przeszkodą były słabe i krótkotrwałe sygnały świetlne.
Czytaj też: Dla dobra ludzkości czy jej zguby? Chińczycy stworzyli w laboratorium groźnego wirusa
Nowe narzędzie, Luminescence CAscade-based Sensor (LUCAS), przełamuje te ograniczenia. Emituje sygnał aż 515 razy jaśniejszy i 8 razy trwalszy niż wcześniejsze systemy. Po godzinie działania nadal zachowuje 96 proc. początkowej intensywności.
Tradycyjna reakcja bioluminescencyjna polega na dodaniu lucyferazy do próbki, a następnie lucyferyny – w wyniku czego powstaje krótkotrwały błysk światła. Naukowcy z zespołu dra Hadi’ego Shafiee poszli o krok dalej. Do układu dodano trzeci element – enzym beta-galaktozydazę – który przyłącza się do lucyferyny i powoli ją uwalnia, podtrzymując reakcję przez dłuższy czas. Dzięki tej kaskadzie enzymatycznej sygnał świetlny utrzymuje się długo i jest niezwykle intensywny, co pozwala na łatwe i szybkie wykrycie nawet pojedynczych cząsteczek wirusa w złożonych płynach biologicznych.
Aby ocenić skuteczność nowego systemu, naukowcy przetestowali go na 177 próbkach zakażonych wirusem SARS-CoV-2 oraz 130 próbkach krwi zawierających wirusy HIV, HBV i HCV. Próbki COVID-19 pochodziły z wymazów nosogardłowych, pozostałe z krwi pacjentów. LUCAS potrafił wykryć wirusy w zaledwie 23 minuty, osiągając średnią dokładność powyżej 94 proc. w przypadku wszystkich czterech patogenów. To wynik, który przewyższa wiele obecnie stosowanych testów POC, często ograniczonych niską czułością i wysokim ryzykiem błędów fałszywie dodatnich lub ujemnych.
Jedną z największych zalet LUCAS-a jest jego konstrukcja – przenośna, prosta w obsłudze i możliwa do wdrożenia zarówno w wysoko wyspecjalizowanych laboratoriach, jak i w placówkach z ograniczonym zapleczem technologicznym. Naukowcy planują obecnie testować narzędzie w innych typach płynów biologicznych, a także sprawdzić jego zdolność do jednoczesnego wykrywania wielu patogenów w jednej próbce. W perspektywie jest również adaptacja LUCAS-a do wykrywania biomarkerów chorób niezakaźnych – takich jak alzheimer – co mogłoby zrewolucjonizować diagnostykę schorzeń neurodegeneracyjnych.
Technologia LUCAS łączy naturalne zjawisko bioluminescencji z nowatorską inżynierią enzymatyczną, tworząc niezwykle skuteczne narzędzie diagnostyczne do wykrywania wirusów. Jej ogromna czułość, szybkość działania i mobilność mogą w niedalekiej przyszłości stać się nowym standardem w medycynie precyzyjnej. A wszystko to dzięki inspiracji płynącej z delikatnego światła świetlika – przekształconego w najnowszą broń w walce z chorobami zakaźnymi.