Ученица СУНЦ НГУ разработала быструю и эффективную тест-систему для выявления патогенных грибов

В настоящее время грибные заболевания наносят существенный ущерб агропромышленному комплексу. Одно из них — вертициллезное увядание. Оно вызывается патогенными грибами Verticillium, которые способны поражать более 200 видов растений и сельскохозяйственных культур, например, такие как картофель. Традиционные методы диагностики занимают от 7 до 14 дней, что затрудняет проведение массового скрининга, а ПЦР-методы требуют дорогостоящего оборудования. 

Ученица 10-5 класса СУНЦ НГУ Марина Лазарева вместе с доцентом кафедры биологии СУНЦ НГУ, кандидатом биологических наук Татьяной Баймак и и. о. заведующего кафедрой биологии СУНЦ НГУ, кандидатом биологических наук, заведующей группой молекулярной генетики Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН Еленой Ворониной разработали тест-систему для обнаружения фитопатогенных, то есть вызывающих заболевания растений, грибов Verticillium, для которой не нужно использовать сложное, дорогостоящее оборудование.

За основу была взята технология LAMP — высокочувствительный метод для быстрого копирования ДНК при постоянной температуре. Такой метод является перспективным, потому что позволяет проводить детекцию патогенов за 30-60 минут при постоянной температуре без использования сложного оборудования.

— Сначала был проведен биоинформатический анализ последовательностей ДНК десяти разных представителей грибов рода Verticillium, чтобы найти общий для всех них участок. Именно он и стал мишенью для будущей тест-системы. Затем на его основе с помощью специальных программ были подобраны праймеры — короткие нуклеотидные последовательности, способные узнавать и прикрепляться только к ДНК искомого гриба, — рассказывает Марина. — После этого была проведена экспериментальная проверка тест-системы. Главной проблемой стало появление неспецифической реакции, когда тест срабатывал даже в чистых образцах, где гриба не было. Чтобы решить эту проблему, подбирались оптимальные условия проведения реакции, например, с помощью изменения температуры, увеличения концентрации праймеров и ионов магния в растворе и использования особого приема для запуска реакции («горячий старт»). В результате получилось добиться более специфичной реакции, то есть тест-система стала реагировать только на ДНК искомого гриба.

Результаты исследования Марина Лазарева представила на заключительном этапе Международного конкурса научно-технических проектов «Большие Вызовы», где завоевала победу в направлении «Агропромышленные и биотехнологии». Марина также представила результаты исследования на Школьной проектной конференции.

— Многими методами я уже владела, в проекте же закрепила их на практике. Например, я проводила биоинформатический анализ (множественное выравнивание, подбор праймеров), ставила ПЦР, LAMP, подбирала условия, чтобы добиться специфичности системы. В будущем мне бы хотелось переделать этап с подбором праймеров, а именно подобрать более специфичные, чтобы не было неспецифической амплификации (прим. — появление нежелательных продуктов (ложных полос) в тест-системах, возникающее из-за связывания праймеров с неправильными участками ДНК), — делится планами Марина.

Проект был также поддержан грантом от фонда «Эндаумент НГУ» в рамках целевого пожертвования выпускника ФМШ Дмитрия Трубникова на поддержку преподавателей и развитие исследовательской деятельности школьников.