uk
uk
24
Лют

Розроблення аргінін-селективних сенсорів для аналізу продуктів і дієтичних добавок, що застосовуються в профілактичній і реабілітаційній медицині

By
0

Група вчених Інституту молекулярної біології і генетики НАН України розробила новітній біосенсор для кількісного визначення аргініну в продуктах харчування та дієтичних добавках, які використовуються у профілактичній і реабілітаційній медицині. Цей винахід став можливим завдякиґранту Національної академії наук України дослідницькій лабораторії молодих вчениху складі співробітників відділу біомолекулярної електроніки – старшого наукового співробітника кандидата біологічних наук Ольги Саяпіної (керівниця наукового проєкту), провідного наукового співробітника доктора біологічних наук Олександра Солдаткіна, наукового співробітника кандидата біологічних наук Дар’ї Кучеренко, молодшого наукового співробітника Дар’ї Яринки та провідного інженера Євгенії Нестеренко. Пояснюємо, чому важливий цей винахід.

Аргінін – це амінокислота, яка, порівняно з іншими протеїногенними амінокислотами, має найвищий коефіцієнт співвідношення між азотом і вуглецем у молекулі, що робить аргінін цінним джерелом органічного азоту (саме він, до того ж у великій кількості, потрібен для синтезу нуклеїнових кислот і білків у нашому організмі). Завдяки цьому аргінін є ключовою сполукою в багатьох синтетичних і особливо репаративних процесах в організмі. Слід зазначити, що аргінін – єдиний фізіологічний попередник монооксиду азоту (NO), потужного вазодилататора, який викликає релаксацію гладкої мускулатури у стінках кровоносних судин.

Саме тому в медичній практиці почали застосовувати підвищені дози цієї амінокислоти для лікування та профілактики низки захворювань. Наприклад, аргінінотерапія нині поширена при лікуванні атеросклерозу, гіпертензії, бронхообструктивного синдрому, захворювань печінки, імунодефіцитних станів, пошкоджень тканин (для загоювання ран, опіків, травм, післяопераційних шрамів) тощо.

Що може бути причиною недостатності аргініну в організмі? Насамперед – вікові особливості метаболізму людини: аргінін хоч і є умовно незамінною амінокислотою, проте синтезується в організмі у мінімальних кількостях, а після 33–35 років його рівень скорочується ще більше. До інших чинників аргінінонедостатності належать низька біохімічна цінність продуктів харчування та висока активність аргінази й індуцибельної NO-синтази, що характерно для інфекційного та запального процесів.

Можливим шляхом компенсування нестачі аргініну в організмі є використання спеціальних харчових продуктів із високим вмістом L-аргініну. Зважаючи на те, що попит на таку продукцію зростає і, відповідно, ринок переповнений нею, споживачам варто знати, наскільки якісні й безпечні ці продукти.

Упродовж 2020–2021 років група вчених Інституту молекулярної біології і генетики НАН України на чолі з кандидатом біологічних наук Ольгою Саяпіною розробила нові прототипи кондуктометричних біо- та хемосенсорів для визначення аргініну й апробувала їх на реальних зразках – горіхах, насінні, бобових, натуральних дієтичних добавках і харчових продуктах для спеціальних медичних цілей (а саме – на сироватковому ізоляті, сумішах для ентерального харчування, капсулах дієтичних добавок тощо).

«Складність селективного визначення аргініну в розчинах полягає у тому, що за рахунок наявності в молекулі гуанідинової групи аргінін є найбільш полярною позитивно зарядженою амінокислотою при нейтральній величині рН, – розповідає Ольга Саяпіна. – Це потрібно враховувати, підбираючи склад робочої мембрани (біо)сенсорів так, аби досягти прийнятної чутливості детектування цільового аналіту (аргініну) в розчинах із високою фоновою електропровідністю».

Учені розробляли біосенсори на основі різних типів новітніх аргінін-чутливих матеріалів (у тому числі наноматеріалів), всебічно оптимізували їхню роботу в модельних розчинах, відбирали найперспективніші варіанти для аналізу реальних зразків і, використовуючи розроблені біосенсори, відпрацьовували методику кількісного аналізу аргініну у зразках.

Таке дослідження для біосенсорів із визначення аргініну на основі біоселективних матеріалів різної природи, а надто – їх застосування в аналізі реальних зразків виконувалось уперше.

Група під керівництвом Ольги Саяпіної розробила загалом 6 типів біо- та хемосенсорів: ферментний біосенсор на основі аргініндеімінази, два хемосенсори на основі двох типів каліксаренів, а також три біосенсори на основі ферментів і цеоліту (так звані гібридні біосенсори).

Роботу винайдених приладів вчені перевірили, проаналізувавши ті ж зразки продуктів за допомогою іонної хроматографії та методу спектрофотометрії. Результати біосенсорного визначення аргініну в реальних зразках показали високу кореляцію з результатами традиційних методів аналізу (коефіцієнт кореляції між даними біосенсорного і хроматографічного аналізів склав 0,987).

Варто зауважити, що в сучасній лабораторній практиці існує низка методів визначення аргініну, однак їх широке застосування часто обмежене певними особливостями та недоліками. Простіші фізико-хімічні методи, які є доступнішими, потребують великої кількості матеріалу для аналізу і часто недостатньо селективні й чутливі. Точніші та селективніші методи потребують тривалої пробопідготовки і загалом доволі дорогі для рутинного використання.

На противагу традиційним методам, розроблені в Інституті молекулярної біології і генетики НАН України біосенсори є простими у виготовленні, високочутливими, недорогими та дають швидкий результат. Скажімо, один аналіз продукту на вміст аргініну триває близько 10 хвилин. Важливо також, що розроблені пристрої не потребують складної підготовки проб для аналізу і їх можна легко застосувати як у централізованих лабораторіях, так і в «польових» умовах. Безсумнівно, ці біо- та хемосенсори можна вважати перспективними аналітичними приладами для подальшого застосування у складі комплексної процедури контролю якості продукції, що містить аргінін.

За інформацією Інституту молекулярної біології і генетики НАН України та прес-служби НАН України

Читайте також: