Химический «скальпель» для анализа ДНК и уничтожения опасных патогенов создали российские ученые

Новую технологию очистки твердых биологических материалов — костей и зубов — для анализа ДНК в палеогенетике и криминалистике создали ученые, ведущие разработки в Южном научном центре РАН и Южном федеральном университете. Уникальный состав также оказался эффективным антисептиком. Достижение было представлено на V Конгрессе молодых ученых, прошедшем на Федеральной территории «Сириус» в ноябре 2025 г. Об изобретении корреспонденту «Научной России» рассказала научный сотрудник лаборатории палеогеографии ЮНЦ РАН, старший преподаватель кафедры генетики ЮФУ, директор биотехнологического стартапа «Генотип», кандидат биологических наук Ольга Юрьевна Арамова.

Палеогенетика — наука, изучающая древнюю ДНК. Актуальная проблема в этой области — попадание на образцы посторонних загрязнителей, содержащих современный генетический материал, способный значительно снизить точность исследования. Методы очистки твердых биоматериалов перед ДНК-анализом существовали и ранее, но у них есть свои недостатки.

«В ДНК-криминалистике и палеогенетике образец — будь то фрагмент кости или зуб — к моменту попадания в лабораторию зачастую уже оказывается загрязнен. Причины банальны: археолог коснулся останков без перчаток или криминалист случайно чихнул на объект. Для генетика это вызов: мы должны четко отделить аутентичную (собственную) ДНК объекта от ДНК-загрязнителя. От этого на 100% зависит достоверность результата. Сложность заключается в том, что, если мы работаем с костью возрастом 1 тыс. лет, ее ДНК сильно разрушена. И даже одна молекула современной ДНК, попавшая на образец, способна "заглушить" древний сигнал, потому что она более длинная, целостная и химически активная.

Можно сказать, что до нас никому не удавалось так изящно справиться с поставленной задачей. Древний материал, пролежавший в земле многие века, впитывает все вокруг, как губка. А существующие методы очистки (например, растворы гипохлорита), действуют грубо: они либо слишком агрессивны и уничтожают драгоценную древнюю ДНК вместе с загрязнением, либо работают недостаточно эффективно», — объяснила корреспонденту «Научной России» О.Ю. Арамова. Исследователь активно занимается популяризацией науки: участвует в различных мероприятиях и ведет канал в Telegram, где простым языком рассказывает о генетике и своей работе.

На новый уровень изучение ДНК выводит подход, разработанный Ольгой Юрьевной Арамовой совместно с Игорем Валериевичем Корниенко — главным научным сотрудником лаборатории палеогеографии ЮНЦ РАН, заведующим лабораторией «Идентификация объектов биологического происхождения» ЮФУ, доктором биологических наук. Ученые представили состав, способный эффективно отделять загрязнители от образцов костей и зубов без вреда для аутентичной ДНК.

«Наше изобретение — это специализированный раствор, или, выражаясь профессиональным языком, средство для деконтаминации. В его основе лежит запатентованный нами химический состав, полностью состоящий из отечественных компонентов. Это можно было бы назвать импортозамещением, но аналогов разработки не существует. Чтобы получить состав, работающий как "умный скальпель”, мы моделировали и испытывали сотни комбинаций. Нам удалось подобрать формулу, которая полностью уничтожает все наносное на поверхности, но не проникает вглубь костной ткани и не вредит историческому коду, — пояснила О.Ю. Арамова. — В новый состав входят известные науке химические соединения, но мы впервые применили их совместно, в строго выверенных концентрациях и для решения новой задачи. Мы нашли уникальный баланс для работы в такой специфической среде, как порошок древних костей. На сегодняшний день мы уже получили три патента на изобретение. Это подтверждает, что новизна и уникальность нашего подхода признаны на государственном уровне».

Процесс очистки образцов с помощью нового раствора очень прост и легко встраивается в стандартный протокол работы любой лаборатории.

«Алгоритм выглядит следующим образом: мы получаем костный порошок, добавляем к нему наш раствор перед этапом выделения ДНК, после чего интенсивно перемешиваем и центрифугируем смесь. Описанный процесс занимает всего шесть минут, — подчеркнула О.Ю. Арамова. — После центрифугирования мы просто сливаем надосадочную жидкость, в которую перешли все загрязнители и чужеродная ДНК. А на дне пробирки, в осадке, остается идеально чистый биологический материал, готовый к дальнейшему анализу. Для этого не требуется никакого сложного оборудования — все необходимое уже есть в любой базовой лаборатории».

Новая технология основана на дифференциальном лизисе с помощью химических детергентов. Простыми словами, ученые используют раствор-очиститель, который избирательно уничтожает ненужные структуры (клетки и содержащуюся в них чужеродную ДНК) и оставляет в сохранности древнюю костную ткань, содержащую нужный генетический материал.

«В твердых биологических объектах (костях, зубах) аутентичная ДНК надежно "спрятана" внутри минерализованных клеток (остеоцитов) или в дентине. Чтобы добраться до нее, нужен длительный этап декальцинации. А вот загрязнители — клетки эпителия, бактерии, вирусы — находятся на поверхности частиц костного порошка. Наш раствор действует избирательно: он уничтожает любой экзогенный (внешний) агент на поверхности, не затрагивая структуру кости. В этом и заключается уникальность разработки, — отметила О.Ю. Арамова. — Еще одна уникальная черта нашего метода заключается в том, что большинство существующих средств направлены только на разрушение "голой" ДНК или РНК. Но в природе генетический материал не летает сам по себе — он защищен клеточной мембраной. Наше средство обладает двойным действием: оно эффективно разрушает клеточные мембраны загрязнителя, высвобождает чужеродную ДНК и тут же уничтожает ее. Именно этот подход гарантирует: на выходе вы получаете ДНК именно того объекта, который исследуете, без примесей. Это обеспечивает стопроцентные достоверность и воспроизводимость результатов. И главное — такой подход дешевле и проще аналогов».

Реагент был успешно испытан во время изучения очень сложных для анализа образцов — зубов и костей из курганов Юга России, относящимся к I тысячелетию н.э. и принадлежащих представителям Хазарского каганата. «Это был настоящий вызов: любой неверный шаг мог уничтожить уникальный исторический материал. Но когда мы получили идеально чистые генетические профили древних людей без следов современного загрязнения, стало ясно: мы нашли решение», — поделилась О.Ю. Арамова.

Работа над проектом велась в течение долгого времени. Исследования получали поддержку Фонда содействия инновациям, также были отмечены на конкурсах молодых инноваторов «УМНИК» и «Студенческий стартап». Но в результате О.Ю. Арамова остановила свой выбор на более крупном гранте «Старт-1», чтобы иметь возможность вывести разработку на коммерческий уровень.

«Протоколы валидации (проверки) метода были крайне жесткими и проводились в трех независимых лабораториях, включая учреждения Роспотребнадзора. Мы моделировали самые разные сценарии загрязнения: тестировали эффективность против интактных (цельных) клеток, против свободной высокомолекулярной ДНК, против биологических жидкостей (крови, слюны) и, что особенно важно для лабораторий, против ПЦР-продуктов (ампликонов), которые представляют собой главный источник контаминации, — рассказала О.Ю. Арамова. — Результаты показали высокую эффективность: наш метод позволяет полностью очистить 1 г палеогенетического материала от привнесенной ДНК в концентрации, эквивалентной 10 тыс. клеток. Для понимания масштаба: это сопоставимо с прямым попаданием капли крови или слюны на исследуемый объект. Теперь выделение аутентичной ДНК возможно даже в экстремальных условиях: например, это как раз может быть актуально в криминалистике при работе со смешанными образцами».

Следующий этап экспериментов подарил не менее ценное открытие: оказалось, что новое вещество можно использовать не только в генетических исследованиях, но и для борьбы с современными опасными патогенами.

«В лабораториях Роспотребнадзора мы проверяли действие раствора на возбудителей COVID-19, энтеровирусах и ВИЧ. Результат подтвержден протоколами: уничтожение генетического материала и клеточных структур происходит с эффективностью выше 99,9%, что значительно превосходит показатели многих распространенных средств из аптеки. Даже в остаточных следовых количествах концентрация патогена снижается до уровня, при котором инфицирование становится практически невозможным. Именно эта доказанная эффективность отличает научную разработку от обычных маркетинговых продуктов», — заключила Ольга Юрьевна Арамова. Сейчас команда исследовательницы активно работает над внедрением изобретения в широкую практику.

Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ

Фото на превью и в тексте: предоставлены О.Ю. Арамовой.

Фото на стоп-кадре видео: Екатерина Лызлова / Фотобанк Росконгресс.