Чтобы сельскохозяйственные животные росли большими и здоровыми, им в корм добавляют антибиотики. А если они заболеют, лечат тоже антибиотиками. Есть несколько способов обнаружения этих препаратов в мясных и молочных продуктах. Специалисты Государственного научно-исследовательского института генетики и селекции промышленных микроорганизмов («ГосНИИгенетика») разрабатывают один из самых чувствительных и специфических методов – биолюминесцентные биосенсоры, которые позволяют определить антибиотики тетрациклинового и β-лактамного ряда, квинолонов и аминогликозидов.
Методы обнаружения антибиотиков с помощью биолюминесценции делятся на две группы. Первая основана на использовании светящихся морских бактерий или кишечной палочки, в которую введены специальные гены. Эти клетки постоянно светятся, но антибиотики их угнетают, поэтому в присутствии лекарств свечение бактерий становится менее интенсивным. Один из главных недостатков этого метода – низкая специфичность.
Второй способ основан на конструировании lux-биосенсоров, которые, напротив, начинают светиться в присутствии антибиотика. Именно такие биосенсоры и создают специалисты «ГосНИИгенетика».
Многие бактерии в ходе эволюции приобрели способность реагировать на присутствие антибиотиков или других токсических веществ. С антибиотиками у этих бактерий взаимодействуют особые белки-репрессоры, регулирующие работу других бактериальных генов. Lux-биосенсор представляет собой клетки кишечной палочки, в которые введены гены этих репрессоров. Кроме того, в них присутствуют гены светящихся бактерий и ген зелёного флуоресцирующего белка, которые обеспечивают свечение бактериальной клетки. В отсутствие антибиотика клетки биосенсора практически не светятся, так как репрессор блокирует работу генов светящегося белка. Но когда в среде появляется антибиотик, репрессор вступает с ним во взаимодействие и бактерия начинает светиться. Поскольку каждый репрессор взаимодействует только с определённым антибиотиком, бактериальные lux-биосенсоры обладают высокой специфичностью. Интенсивность люминесценции пропорциональна концентрации токсического вещества в среде, что делает метод не только качественным, но и количественным.
Антибиотики тетрациклинового (тетрациклин, ангидротетрациклин и окситетрациклин) и β-лактамного (ампицилин, цефалаксин, цефазолин) рядов широко применяют в медицине и ветеринарии из-за высокой антимикробной активности, наличия большого количества производных и низких цен. Квинолоны, в том числе норфлоксацин и налидиксовую кислоту, используют при лечении больных туберкулезом. Аминогликозиды – канамицин и гентамицин – нарушают процесс синтеза белка в бактериальных клетках.
Lux-биосенсоры, полученные исследователями ко всем этим антибиотикам, отличаются высокой чувствительностью и специфичностью, более высокими, чем у традиционно используемых микробиологических тестов. Так, биосенсоры к антибиотикам тетрациклинового ряда позволяют определить присутствие препаратов этой группы в концентрации от 0,5 до 10 нг/мл, что значительно ниже 100 нг/мл, принятых за норму содержания тетрациклина в молочных продуктах Европейским Союзом. По сравнению с чувствительными и специфичными методами иммуноферментного анализа lux-биосенсоры проще и дешевле в использовании.
Lux-биосенсоры разрабатывают и применяют и в других странах мира, в том числе в Финляндии, где с их помощью контролируют наличие антибиотиков в молочных продуктах. Но биосенсоры, созданные специалистами «ГосНИИгенетика», зачастую более чувствительны или сильнее реагируют на присутствие антибиотика, чем их зарубежные аналоги.
Lux-биосенсоры могут реагировать не только на антибиотики, но и на другие токсичные вещества. Вот что рассказал в интервью STRF.ru доктор биологических наук, профессор Геннадий Завильгельский:
«В 2001 году мы создали биосенсор на ионы мышьяка и сурьмы для детекции отравляющих веществ, синтезированных на основе мышьяка (льюизит, иприт и некоторые другие). Затем по заказу Роскосмоса мы сконструировали биосенсоры для детекции 1,1-диметилгидразина (гептила) – ядовитого компонента ракетного топлива.
У нас также есть биосенсоры для обнаружения ионов тяжёлых металлов: ртути и кадмия, а также меди и серебра. Их используют в различных лабораториях страны для контроля качества воды. Есть lux-биосенсоры на генотоксические агенты (радиация и ультрафиолет), а также на антибиотик митомицин С».
В ближайшем будущем учёные планируют расширить список определяемых антибиотиков, например, низин в молоке, эритромицин, карбомицин и олеандомицин в разных продуктах.
Работу учёных поддержали ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009–2013 годы» и ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы»
Источник информации: В. Ю. Котова, К. В. Рыженкова, И. В. Манухов, Г. Б. Завильгельский «Индуцируемые специфические lux-биосенсоры для детекции антибиотиков: конструирование и основные характеристики», Прикладная биохимия и микробиология, 2014, том 50, № 1, с. 112–117.
