В недавнем исследовании Talanta  изучается взаимодействие между гликопротеином шипа (S) коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) посредством использования полипиррола с молекулярным отпечатком (MIP-Ppy) с использованием расчетов графика Энсона. 

Текущее исследование показало, что модифицированный электрод MIP-Ppy более чувствителен к гликопротеину S SARS-CoV-2, чем модифицированный электрод без импринтинга полипиррола (NIP-Ppy). Это сродство белка S может быть использовано при разработке диагностических сенсорных технологий для обнаружения инфекции SARS-CoV-2. 

Исследование:  оценка взаимодействия между шиповидными гликопротеинами SARS-CoV-2 и полипирролом с молекулярным отпечатком . Изображение предоставлено: Марчин Джаниек / Shutterstock.com

Фон

Биосенсоры обычно распознают аналиты с помощью биомакромолекул, таких как ферменты, антитела, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и аптамеры. Эти биоаналитические системы связаны с несколькими ограничениями, такими как особые условия эксплуатации и высокие производственные затраты. Это побудило исследователей инвестировать в разработку искусственных систем биораспознавания на основе синтетических рецепторов и полимеров с молекулярным отпечатком (MIP) в качестве потенциальных альтернативных решений.

Молекулярный импринтинг относится к созданию искусственных рецепторов для определенных молекул-мишеней на полимерах или самособирающихся материалах. Аналит обычно нацелен на естественные рецепторы, что приводит к электрохимическим, оптическим, магнитным и массовым изменениям в преобразователях.

Полипиррол широко используется для создания биоаналитических сенсоров. MIP получают путем полимеризации мономера и сшивающего агента вокруг молекулы-мишени. Благодаря своей термической стабильности, возможности повторного использования и избирательности МИП часто используются в качестве компонентов распознавания при разработке датчиков.

Для изготовления МИП мономеры полимеризуют в присутствии молекул-шаблонов, а затем экстрагируют с последующим нанесением структур на основе МИП на электрохимические датчики на основе МИП.

Таким образом, в процессе полимеризации в полимере создается полость, соответствующая молекуле темплата. Эти полости облегчают распознавание и целенаправленное связывание молекул.

Kyolic, Aged Garlic Extract, выдержанный экстракт чеснока с лецитином, 200 капсул

Ключевой функцией S-белка SARS-CoV-2 является распознавание и связывание с клеточными рецепторами, что позволяет вирусу проникать через клеточные мембраны. После появления SARS-CoV-2, этиологического агента коронавирусной болезни 2019 (COVID-19), интерес вызвали некоторые аспекты электрохимических подходов к идентификации вирусных белков с использованием MIP.

Белки S, нуклеокапсида, оболочки и мембраны SARS-CoV-2 могут служить макромолекулами-матрицами при производстве MIP. В текущем исследовании MIP-Ppy был разработан и применен для определения S-гликопротеина SARS-CoV-2. 

Об исследовании

На рабочий платиновый электрод электрохимически наносили два типа полипиррольных слоев: МИП-ППу и НИП-ППУ. Характеристики электродов, модифицированных слоями MIP-Ppy и NIP-Ppy, оценивали методом импульсного амперометрического детектирования (PAD).

Во время оценки измерений PAD для расчета количества заряда, протекающего через слои MIP-Ppy и NIP-Ppy, использовалось интегрированное уравнение Коттрелла-Энсона. 

Результаты исследования

Когда электроды, модифицированные MIP-Ppy и NIP-Ppy, инкубировали в фосфатно-солевом буфере (PBS), содержащем шиповидный гликопротеин SARS-CoV-S, наблюдалось значительное снижение тока. На основе зависимости общего заряда  от  квадрата временных диаграмм, как показано на графиках Энсона, оценивалось взаимодействие между S- гликопротеинами SARS CoV-2 и MIP-Ppy. 

При оценке связи между результирующими значениями наклона графика Энсона и концентрацией гликопротеина был сделан вывод, что MIP-Ppy сильнее адсорбирует вирусные гликопротеины, чем NIP-Ppy. Следует отметить, что анализ графика Энсона показал, что молекула S-гликопротеина SARS-CoV-2 взаимодействует с MIP-Ppy и частично адсорбируется на NIP-Ppy. Таким образом, оценка взаимодействия между шиповидными гликопротеинами SARS-CoV-2 и MIP-Ppy может быть успешно достигнута с использованием графиков Энсона. 

Дополнительно была представлена ​​калибровочная кривая текущих значений для диапазона концентраций гликопротеинов от нуля до 25 мкг/мл. Эти результаты отображают экспоненциальное снижение на калибровочном графике описанной системы.

 Между электродами, модифицированными MIP-Ppy и NIP-Ppy, наблюдалась значительная разница в величине падения тока. В частности, электрод, модифицированный MIP-Ppy, проявлял большую чувствительность к S-гликопротеину SARS-CoV-2 по сравнению с электродом, модифицированным NIP-Ppy. 

Калибровочная кривая показала, что значение тока, измеренное для модифицированного электрода MIP-Ppy, было в 1,36 раза выше, чем у модифицированного электрода NIP-Ppy при исходной концентрации гликопротеина 0 мкг/мл.

Кроме того, после экстракции гликопротеина S SARS-CoV-2 из MIP-Ppy в Ppy образовалась дополнительная полость. В совокупности результаты исследования показывают, что это свойство можно использовать для разработки датчика для обнаружения инфекции SARS-CoV-2.