КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-74-00095
НазваниеРазработка имплантируемых оптических сенсоров на основе аллостерических транскрипционных факторов для мониторинга содержания диагностически значимых веществ в организме гидробионтов в реальном времени
Руководитель Гурков Антон Николаевич, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет" , Иркутская обл
Конкурс №97 - Конкурс 2024 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-103 - Гидробиология и ихтиология
Ключевые слова прогестерон, тетрациклин, лактат, диагностика in vivo, амфиподы, Байкал, бентосные рыбы, микрокапсулы, гидрогели, золотые наночастицы
Код ГРНТИ34.39.05
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Повышение скорости проводимых биомедицинских исследований на модельных организмах, а также эффективности производства на современных животноводческих и аквакультурных фермах неразрывно связано с максимально точной диагностикой состояния каждой особи с максимально возможной частотой. Принципиально новые возможности в этих областях могут создать разнообразные имплантируемые сенсоры благодаря регулярному отслеживанию ключевых внутренних физиологических параметров животных без необходимости в стационарном оборудовании и регулярных заборах образцов крови. Подобные сенсоры откроют перспективы как для раннего определения различных патологических процессов (через концентрацию стрессовых гормонов, отдельных метаболитов и витаминов), так и наиболее тщательного контроля состояния конкретных особей при критических процедурах (контроль уровня антибиотиков во время курса лечения, мониторинг половых гормонов перед и во время беременности). Однако ключевой проблемой большинства существующих имплантируемых сенсоров является их чувствительность лишь к наиболее химически простым веществам с высоким содержанием в средах организма. Эта проблема может быть решена через использование в качестве чувствительных компонентов аллостерических транскрипционных факторов (ТФ), чьё связывание с ДНК напрямую регулируется концентрацией целевого вещества в физиологически значимом диапазоне. В данный момент разнообразие изученных аллостерических ТФ постоянно растёт, благодаря чему имплантируемые сенсоры на их основе будут обладать универсальным принципом детекции самых разнообразных диагностически значимых веществ с высокой структурной сложностью.
Целью данного проекта является разработка первого набора имплантируемых оптических сенсоров на основе аллостерических транскрипционных факторов, применимых как в тканях (в форме гидрогелевых нитей), так и в кровеносной системе (в форме полиэлектролитных микрокапсул) гидробионтов. Разработка будет осуществляться на примере аллостерических ТФ, чувствительных к половому гормону прогестерону, антибиотикам тетрациклинового ряда и продукту анаэробного метаболизма L-лактату. Для выполнения цели параллельно будет проходить работа над решением следующих задач: (1) отработка продукции в гетерологичных системах аллостерических ТФ и процедур сшивки ТФ с флуоресцентными красителями; (2) подбор оптической системы детекции взаимодействия аллостерических ТФ с ДНК, наиболее подходящей для применения в полимерных носителях в тканях и кровеносной системе гидробионтов на примере бентосных рыб и байкальских эндемичных амфипод; (3) определение оптимального модельного вида бентосных рыб и подбор методик для эффективного введения и визуализации полиэлектролитных микрокапсул в капиллярах их жабр; (4) адаптация полимерных носителей с целью максимально качественного заякоревания чувствительных компонентов сенсоров при максимальной проницаемости носителей для анализируемых веществ и максимальной скорости взаимодействия аллостерических ТФ с ДНК внутри носителя; (5) тестирование чувствительности разрабатываемых сенсоров к изменениям содержания соответствующих биомаркеров непосредственно в организме гидробионтов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчётный период получены штаммы-продуценты всех трёх выбранных аллостерических транскрипционных факторов, два из них были выделены и очищены. Функциональность полученного SRTF1 подтверждена с помощью метода задержки в геле, характеристики TetR будут уточнены в дальнейшем. Для обоих полученных белков отработана методика мечения флуоресцентным красителем Cy3, позволившая обеспечить высокую интенсивность флуоресценции полиакриламидного геля с внедрёнными аллостерическими транскрипционными факторами при введении нитей гидрогеля в байкальских эндемичных амфипод Eulimnogammarus verrucosus. На основании серии анализов в качестве модельного вида рыб была выбрана каменная широколобка Paracottus knerii, однако Ancistrus sp. линии L144 (т.н. снежно-белый анциструс) также показал хорошую применимость при введении и визуализации флуоресцентных полиэлектролитных микрокапсул в кровеносных капиллярах жабр. Установлено, что по совокупности факторов наиболее удобной является визуализация микросенсоров в жабрах неанестизированных рыб с вентральной стороны тела, то есть с помощью инвертированного микроскопа. Подобрана методика подготовки полиакриламидных гидрогелей, позволяющая иммобилизовать ключевые компонентны разрабатываемых сенсоров (золотые наносферы, олигонуклеотиды ДНК и белки) в микрополостях внутри геля в течение не менее чем нескольких дней, что обеспечивает основу для непосредственного тестирования разрабатываемых сенсоров.
Публикации
1.
Помазкин В.К., Дроздова П.Б., Борвинская Е.В., Индосова Е.Б., Тимофеев М.А., Гурков А.Н.
De novo transcriptome assembly of the Baikal stone sculpin Paracottus knerii (Dybowski, 1874) from the Angara River as the first transcriptomic resource for Lake Baikal Cottidae
Acta Biologica Sibirica, 11: 541–550 (год публикации - 2025)
10.5281/zenodo.15208846