Российская группа молодых ученых разработала уникальный тест на содержание бактерий, вызывающих болезнь Лайма в клещах и представит этот проект в рамках международного конкурса по биоинженерии iGEM-2019, который пройдет в Бостоне с 31 октября по 4 ноября.
Клещ взрослый Ixodes Scapularis
Боррелиоз, или болезнь Лайма является самой распространенной болезнью, передаваемой клещами в Северном полушарии. Возбудителями этого инфекционного заболевания являются бактерии рода Borrelia типа спирохет. Боррелиоз — преимущественно трансмиссивное заболевание: он передается человеку при укусе инфицированными иксодовыми клещами, а также кровососами. Будучи менее известным заболеванием, чем клещевой энцефалит, боррелиоз, однако, представляет не меньшую опасность. Несмотря на то, что смертельных исходов болезни Лайма практически не фиксируется, она, однако, может перейти в хроническую стадию, существенно ухудшая качество жизни больного. Также, в отличие от энцефалита, специфическая профилактика боррелиоза на сегодняшний день невозможна по причине отсутствия вакцины.
Название «болезнь Лайма» происходит от названия одноименного города в штате Коннектикут, США, в котором инфекция была впервые зарегистрирована в 1975 году. Очень показательным является тот факт, что поводом для проведения исследования стала высокая заболеваемость ювенальном артритом среди подростков штата, более чем в 100 раз превосходит среднюю по стране.
Боррелиоз может протекать в разных формах и иметь различные симптомы, что лишь усложняет его диагностику и лечение. В то же время болезнь, которую не начали лечить вовремя, может легко перейти в хроническую форму, которая существенно хуже поддается полному излечению. Инкубационный период от момента укуса до появления первых симптомов составляет порядка 1-2 недель. При этом болезнь Лайма принято подразделять на три стадии.
Первая стадия болезни представляет собой локальную инфекцию с неспецифическими проявлениями, такими как головная боль, слабость, озноб и повышение температуры тела. Примерно у 70% больных на месте укуса возникает мигрирующая эритема — кольцевое покраснение воспаленной кожи вплоть до редких проявлений некроза. Как правило, первая стадия длится не более месяца.
Вторая стадия связана с диссеминацией боррелий по различным органам и характеризуется широким спектром клинических проявлений, среди которых наиболее распространенными являются неврологические и кардиологические. Неврологические проявления весьма разнообразны: менингиты и менингоэнцефалиты, невропатия черепных нервов, радикулоневрит, которые протекают весьма тяжело — с тошнотой, рвотой, сильной головной болью, порой, светобоязнью. Кардиологические поражения являются менее характерными проявлениями боррелиоза, но по своей тяжести нисколько не уступают неврологическим: пациент может страдать от атриовентрикулярной блокады, вплоть до полной поперечной блокады, приводящей к существенной рассинхронизации сокращений желудочков и предсердий, перикардита и миокардита.
Спустя полгода-год боррелиоз переходит в третью, хроническую стадию. На этом этапе происходит персистенция инфекции в различных тканях и органах, и на передний план выходят хронические поражения суставов (артриты) и кожи (дерматиты), а также осложненные и хронические формы заболеваний, проявившихся на предыдущей стадии. Даже вылеченные заболевания на этой стадии склонны к рецидивам: нередки случаи рецидивирующих менингитов и артритов. Иногда возникают и психические отклонения по типу кратковременных потерь памяти и некоторых форм психоза.
Как можно видеть, не будучи летальным заболеванием, боррелиоз, тем не менее, является крайне опасной болезнью, которую необходимо начать лечить как можно скорее с целью не допустить развития поздних стадий заболевания. Однако, ситуация сильно осложняется проблемами со своевременной диагностикой болезни Лайма, и несовершенством современных методов детекции.
Диагноз «боррелиоз» зачастую ставится в первую очередь по симптоматике, хотя требует обязательного подтверждения лабораторными методами. Но, как было упомянуто ранее, основной специфический симптом заболевания – эритема – не присутствует у 30% процентов больных, что лишь осложняет постановку диагноза. Наиболее распространенными лабораторными методами диагностики являются серологическое исследование на антитела, иммуноферментный анализ и ПЦР. Тем не менее, на ранних стадиях серологическое исследование малоинформативно, а для исследования клеща подходит лишь полимеразная цепная реакция, для которой требуется дорогостоящее оборудование. Таким образом, существующие методы диагностики не позволяют оценить риск заражения в полевых условиях: необходимо везти клеща в лабораторию либо наблюдаться у специалистов на вплоть до конца инкубационного периода и потенциального проявления первых симптомов.
Однако положение дел имеет шанс измениться. Команда студентов и аспирантов из Москвы взялась за разработку портативного полевого теста на болезнь Лайма в рамках международного конкурса по биоинженерии iGEM-2019, который пройдет в Бостоне с 31 октября по 4 ноября. Этот конкурс вырос из самостоятельного учебного курса по разработке биологических машин Массачусетского технологического института. Родившись как соревнование 5 команд в 2004 году, iGEM вырос до престижнейшего международного соревнования генно-инженерных машин: в прошлом году в конкурсе участвовало 340 команд из 42 стран, то есть более 5000 участников со всего мира.
Команда iGEM Team Moscow является единственной командой из России в этом году и всего лишь третьей командой от нашей страны за всю историю существования конкурса. Однако ребята ставят перед собой самые амбициозные задачи: они собираются пройти полный цикл разработки прибора: от начальных идей до создания работающей модели самого устройства, программного обеспечения к нему и экспериментального подтверждения биологической составляющей проекта. В команду входят студенты и аспиранты двух крупнейших ВУЗов страны: Московского государственного университета и Московского физико-технического института. Ребята являются истинными фанатами своего дела и уже несколько месяцев прикладывают все усилия для воплощения проекта в жизнь.
Тест, разрабатываемый командой, имеет проектное название “Lyme Express”. Он основан на CRISPR/Cas технологии и призван обнаруживать бактерии рода Borrelia непосредственно в клещах. После гомогенизации клеща активируется расщепленный белок люцифераза, управляемый взаимодействием двух белков CRISPR/Cas9 с ДНК-мишенью патогена. Реакция светопропускания обнаруживается с помощью разрабатываемого командой спектрофотометрического датчика, который даст ответ о наличии боррелий в клеще. Основными преимуществами подобного прибора является его сравнительная простота и, следовательно, низкая себестоимость, а также возможность использования в полевых условиях непосредственно после укуса.
Участие в iGEM предполагает не только разработку некоторого биоинженерного проекта, но и активную работу по популяризации проекта, получению отзывов и рецензий от ученых, а также взаимодействию с другими командами. Немаловажной составляющей является поиск спонсоров, ведь поездка в США сама по себе является недешевой, но на нее накладываются расходы на реактивы и расходные материалы для лабораторной работы. Команду Москвы вызвались поддержать такие компании, как Helicon, SkyGen, Nanolek, Qiagen, New England Biolabs и прочие. Они предоставляют ребятам реактивы, финансы и прочие необходимые для успешной работы вещи. Также команда открыла сбор средств на краундфандинговой платформе. Любой желающий помочь амбициозным студентам в их разработках может пожертвовать определенную сумму по этой ссылке.
От себя команда обещает не остаться в долгу и подарить подарок каждому, кто пожертвует средства на проект.
Текст: Максим Боков, Александр Миленькин, Сергей Думпис, Петр Зайцев, Павел Воробьев
