Красноярские ученые создали биосенсор из ферментов бактерий для анализа безопасности почвы и продуктов питания. Он прост в использовании, чувствителен к различным токсичным химическим соединениям и быстро определит небезопасные загрязнители во фруктах и овощах.
Елена Есимбекова
Почва и связанные с ней растительные продукты могут накапливать потенциально опасные для человека соединения. Токсиканты при попадании в живые организмы препятствуют молекулярным процессам, а также запускают каскад непредсказуемых эффектов, приводящих к проблемам со здоровьем. Поэтому одним из приоритетов являются оценка уровня загрязнения и разработка высокочувствительных недорогих и относительно простых методов анализа окружающей среды и пищевых продуктов на наличие токсических веществ.
Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» совместно с коллегами из Сибирского федерального университета разработали биолюминесцентные биосенсоры для оценки токсического загрязнения в почве и пищевых продуктах. В качестве распознающих элементов таких сенсоров используются ферменты, высокочувствительные к действию всевозможных токсикантов.
В основе биосенсора биолюминесцентные ферменты светящихся бактерий. Сам анализ фиксирует изменения интенсивности свечения фермента под действием токсических примесей. Качество анализируемых образцов оценивается по силе воздействия на световой сигнал. Подавление свечения ферментов пропорционально количеству токсичных веществ в пробах. Такая реакция проходит быстро, она проста в выполнении и очень чувствительна к различным токсичным химическим соединениям, присутствующим в окружающей среде и пище.
Разработанные биолюминесцентные сенсоры способны распознать такие загрязнители пищевых продуктов, как тяжелые металлы (ионы цинка, меди, ртути и хрома) и пестициды (гексахлоран, хлорорганические пестициды, диазинон, дельтаметрин, циперметрин и сульфат меди), на уровнях их максимально допустимых концентраций.
В основе биосенсора биолюминесцентные ферменты светящихся бактерий
Ученые проверили биосенсоры на образцах томатов и огурцов, в которые были намеренно введены загрязняющие элементы. Добавленные токсиканты уменьшали свечение биосенсоров.
«Анализ содержания токсических веществ в сложных средах требует преодоления ряда трудностей, в том числе учета влияния природных компонентов в образце на функционирование распознающего фермента. Разработанный алгоритм позволяет учесть это влияние и даже минимизировать его для достижения более точных результатов. Подобные биосенсоры применимы для решения целого ряда задач, например, для проведения комплексной оценки безопасности фруктов и овощей. Уникальность разработанной нами схемы конструирования ферментативных сенсоров состоит в ее универсальности. Действительно, пользуясь данным алгоритмом, можно разработать целую серию различных биосенсоров, основанную на использовании различных ферментов. Поскольку ферменты обладают избирательной чувствительностью к загрязнителям, в перспективе это позволит разработать комплекс биосенсоров для экотоксикологии, позволяющий быстро и точно ответить на вопрос о наличии токсичных веществ в пробах», – рассказала одна из авторов работы, Елена Есимбекова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН.
Ученые отмечают, что разработанный биосенсор портативен – имеет небольшие размеры и вес менее 300 грамм. Поэтому он может быть использован для проведения анализов как в лаборатории, так и в полевых условиях. Все материалы и реагенты, используемые для изготовления сенсора, доступны и относительно недороги. Это позволяет применять разработку в качестве системы раннего предупреждения и оценки безопасности фруктов и овощей.
Работа выполнена в рамках совместного проекта РФФИ, Правительства Красноярского края и Красноярского краевого фонда науки, № 20-44-242001. Результаты исследования опубликованы в журнале Talanta (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914021004306#!)
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
