Концепция диагностической платформы, включающей бесклеточную систему, для быстрого измерения цинка в крови

Считается, что до 17% населения Земли страдает от разной степени нехватки цинка, и до 100 тысяч детских смертей в год связывают с болезнями, осложненными его нехваткой. Существующая методика определения содержания цинка в крови требует наличия масс-спектрометра, то есть дорогого и сложного оборудования, а для массового скрининга детей, страдающих от недостатка питания, необходимы дешевые тесты «у постели больного».

Авторы работы, опубликованной в Science Advances, сообщают о разработке такого теста на основе бесклеточной белоксинтезирующей системы, полученной из культуры E.coli. В систему добавляются две наработанные и очищенные плазмиды. Первая плазмида — pZntR — регуляторная, с нее под конститутивным промотором экспрессируется белок ZntR, цинк-зависимый транскрипционный фактор E.coli. Вторая плазмида — pLacZ — репортерная, несущая ген β-галактозидазы под промотором, который и активируется фактором ZntR. При добавлении в систему цинка, начинается экспрессия β-галактозидазы, а количество фермента зависит от концентрации ионов цинка.

Этот фермент, в свою очередь, расщепляет добавленный к реакции желтый субстрат (хлорфеноловый красный - β-d-галактопиранозид) с образованием фиолетового продукта. Таким образом, можно измерить поглощение при длине волны 580 нм или оценить цвет визуально.

Тест занимает около 50 минут и позволяет определить концентрацию цинка в крови в диапазоне от 0 до 20 мкмоль/л с шагом в 4 мкмоль/л.

Систему можно лиофилизировать, что упрощает доставку и хранение, она не требует электричества и серьезного оборудования, поэтому может применяться в полевых условиях. На основе той же цветной реакции в бесклеточной системе и используя заложенные здесь принципы, возможно создавать тесты не только на цинк, но и на другие биологически активные вещества.

Авторы считают, что запуск платформы в продажу возможен в течение нескольких лет, но эта оценка может быть слишком оптимистичной.