ساخت ژنوسنسور تشخیص عفونت گوارشی توسط محققان دانشگاه تهران

به گزارش روز چهارشنبه گروه علمی آباجان به نقل از ایرنا از دانشگاه تهران، طراحی و ساخت این سنسور که در قالب رساله دکتری سپیده ضیایی و با راهنمایی هدایت‌اله قورچیان، عضو هیأت علمی مرکز تحقیقات بیوشیمی بیوفیزیک دانشگاه تهران و عباس یادگار از دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی صورت گرفته است، قادر به شناسایی باکتری سی‌دیفیسیل با دقت بالا به روش غیرتهاجمی است.

قورچیان، استاد راهنمای این پایان‌نامه درباره ضرورت و اهمیت طراحی و ساخت این ژنوسنسور گفت: یکی از پیامدهای مصرف بی‌رویه آنتی‌بیوتیک، از بین رفتن میکروب‌های طبیعی روده است. فقدان این میکروب‌های طبیعی، زمینه را برای رشد و تکثیر میکروب‌های فرصت‌طلب که از طریق آب و غذای آلوده وارد بدن فرد می‌شوند، فراهم می‌کند. رشد میکروب‌های بیماری‌زا در روده، عملکرد طبیعی این اندام را دچار اختلال می‌کند که یکی از نخستین علائم آن اسهال است. باکتری کلستریدیوئیدس دیفیسیل یا به اختصار سی‌دیفیسیل که میله‌ای‌شکل، گرم مثبت، اسپورساز و بی‌هوازی است، یکی از این میکروب‌های فرصت‌طلب گوارشی است که می‌تواند باعث بروز اسهال شود.

وی افزود: علائم بالینی عفونت ناشی از سی‌دیفیسیل، بسته به شدت عفونت، سویه باکتری، سن و حساسیت بدن، به صورت ناقل بی‌علامت، اسهال خفیف یا متوسط، درد شکمی، تب، لکوسیتوز، کولیت شبه‌غشایی روده، سوراخ شدن روده تا کولیت التهابی شدید روده بزرگ، مگاکولون سمی و حتی مرگ، ظاهر می‌شود و عموماً در بیماران مسن خطرناک‌تر است.

استاد دانشگاه تهران درباره سرایت این عفونت گفت: شیوع عفونت ناشی از سی‌دیفیسیل در تهران ۱۶ درصد تخمین زده شده و این رقم سالانه در حال افزایش است. آنچه در این باره نگران‌کننده است آن است که انتقال سی‌دیفیسیل تنها به دلیل بستری در بیمارستان، قرارگیری در محیط‌های درمانی یا مصرف آنتی‌بیوتیک صورت نمی‌گیرد، بلکه به راحتی از طریق تماس با اشیای آلوده یا مصرف آب و غذای آلوده به اسپور این باکتری ممکن است.

قورچیان درباره عملکرد سنسور طراحی‌شده در مرکز تحقیقات بیوشیمی بیوفیزیک دانشگاه تهران گفت: این ژنوسنسور الکتروشیمیایی، برای شناسایی سویه‌های مختلف باکتری سی‌دیفیسیل با حساسیت و اختصاصیت بالا طراحی و ساخته شده است. در این سنسور ژن بیان‌کننده پروتئین سطحی این باکتری (به نام پروتئین SlpA) مورد شناسایی قرار می‌گیرد. این ژنوسنسور به روش غیرتهاجمی عمل می‌کند، به این معنی که هنگام نمونه‌گیری به بیمار آسیبی نمی‌رساند، چرا که ژن مورد بررسی از نمونه مدفوع بیمار استخراج می‌شود. با قرار دادن یک قطره از ژنوم استخراج شده در سطح سنسور، اگر آلودگی به باکتری سی‌دیفیسیل وجود داشته باشد سیگنال قوی الکتروشیمیایی و در غیر این صورت، سیگنال ضعیف ایجاد می‌شود.

وی درباره حساسیت این سنسور الکتروشیمیایی این‌گونه توضیح داد: این ژنوسنسور قادر است مقادیر ژن این باکتری را در غلظت‌های بسیار پایین و در حد ۰.۲ فمتومولار (۱۶-۱۰×۲ مولار) شناسایی کند. پاسخ این ژنوسنسور در بازه ۰.۵ تا ۱۹۰۰ فمتومولار از غلظت ژن این باکتری خطی است. این ژنوسنسور همچنین نسبت به غلظت ۱۰۲ تا ۱۰۷ کلونی در گرم این باکتری پاسخ‌های معنی‌داری ارائه کرده است.

سرپرست تیم تحقیق طراحی و ساخت این ابزار تخصصی افزود: این ژنوسنسور، ژن هدف را به روش ولتامتری پالس تفاضلی اندازه‌گیری می‌کند. برای ساخت این ژنوسنسور، ابتدا سطح الکترود کربن شیشه‌ای با نانوذرات طلا و گرافن اکسید کاهش‌یافته اصلاح می‌شود. این نانوذرات قادرند سیگنال الکتروشیمیایی را تقویت کنند. سپس یک رشته نوکلئیک اسیدی که مکمل ژن هدف است به عنوان پراب گیرنده در سطح الکترود تثبیت می‌شود. در اثر اتصال اختصاصی پراب گیرنده با مولکول ژن هدف، هیبریدی از DNA دو رشته‌ای در سطح الکترود تشکیل می‌شود. مولکول شیمیایی که در این ژنوسنسور سیگنال الکتروشیمیایی را ایجاد می‌کند، یک اینترکلیتور است که می‌تواند با تمایل بالا بین جفت بازهای موجود در ساختار DNA دو رشته‌ای قرار گیرد، در حالی که اگر هیبرید ایجاد نشده باشد، تمایل کمی برای اتصال به تک‌رشته‌های نوکلئیک اسیدی از خود نشان می‌دهد.‌

وی در پایان گفت: از آنجا که نمونه مدفوع حاوی انواع مختلفی از باکتری‌هاست، ممکن است ژنِ باکتری‌های دیگر نیز در نمونه وجود داشته باشد که به پراب گیرنده در سطح سنسور متصل شده و باعث ایجاد پاسخ کاذب شود. اما این ژنوسنسور به نحوی طراحی شده که نسبت به باکتری سی‌دیفیسیل در مقایسه با سایر باکتری‌های موجود در دستگاه گوارش پاسخ قوی نشان دهد و نسبت به سی‌دیفیسیل عملکرد اختصاصی داشته باشد.

اطلاعات بیشتر درباره این ژنوسنسور در مقاله‌ای از سوی الزویر منتشر شده که از مسیر پیوند زیر، یافتنی است:
An ultrasensitive genosensor for detection of toxigenic and non-toxigenic Clostridioides difficile based on a conserved sequence in surface layer protein coding gene