Российские ученые придумали, как делать точные тесты на отцовство

Современные биотехнологии стремительно развиваются, и одним из последних достижений в этой области стали разработки пермских ученых, которые создали инновационную компьютерную модель для усовершенствования ПЦР-устройств.

Пермские исследователи разработали уникальную компьютерную модель, позволяющую создавать портативные устройства для проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР), способные с высокой точностью и за считанные минуты в полевых условиях определять отцовство, выявлять генетические заболевания и обнаруживать возбудителей инфекций, сообщили РИА Новости в Пермском политехническом университете.

Полимеразная цепная реакция — это мощный метод молекулярной диагностики, который широко применяется не только для тестирования на COVID-19, но и для выявления различных генетических нарушений, а также установления родственных связей. Суть метода заключается в амплификации, то есть многократном копировании, небольших фрагментов ДНК или РНК, что позволяет точно идентифицировать специфические генетические маркеры или патогены даже в минимальных образцах. Благодаря новой компьютерной модели, процесс разработки ПЦР-устройств становится более эффективным и адаптированным для использования вне лабораторных условий, что значительно расширяет возможности быстрой диагностики в экстренных и удаленных ситуациях.

Разработка пермских ученых открывает новые перспективы в области медицинской диагностики и судебной генетики, делая высокоточные тесты более доступными и оперативными. Внедрение таких портативных ПЦР-устройств может существенно повысить скорость принятия решений в клинической практике, а также облегчить проведение генетических исследований в отдаленных регионах и во время чрезвычайных ситуаций. Эти инновации не только способствуют развитию науки, но и имеют важное практическое значение для здравоохранения и правосудия.

Современные технологии стремительно меняют подходы к молекулярной диагностике, и одним из значимых достижений в этой области стало создание уникальной компьютерной модели конвективной ПЦР. Впервые в мире ученым удалось разработать модель, которая с высокой точностью предсказывает поведение частиц внутри микрокамеры, что открывает новые горизонты для оптимизации процесса ПЦР. Благодаря этой инновации можно проектировать более эффективные, быстрые и надежные системы полимеразной цепной реакции.

ПЦР (полимеразная цепная реакция) — это метод, при котором образец биологического материала помещается в специальное устройство, способное изменять температуру с высокой точностью, обеспечивая тем самым амплификацию ДНК. Традиционно этот процесс занимает несколько часов, что ограничивает оперативность диагностики. Однако новая модель позволяет значительно сократить время анализа — до 15-20 минут, что особенно важно для экстренных медицинских случаев и массовых скринингов.

Разработка ученых не только ускоряет процесс, но и повышает надежность результатов, что критично для точной диагностики инфекционных и генетических заболеваний. Компактные и быстрые ПЦР-системы нового поколения, основанные на этой модели, могут стать незаменимыми инструментами в клинической практике, лабораториях и даже в полевых условиях. Таким образом, данное достижение знаменует собой важный шаг вперед в области биотехнологий и медицинской диагностики, способствуя улучшению качества и доступности медицинской помощи.

Современные методы генетической диагностики играют ключевую роль в установлении родственных связей и выявлении наследственных заболеваний. Одним из наиболее распространённых примеров является анализ на отцовство, который проводится с использованием клеток, взятых с внутренней стороны щеки. В таких образцах содержится ДНК, однако её количество слишком мало, чтобы можно было увидеть отдельные молекулы невооружённым глазом или под обычным микроскопом.

Для увеличения количества ДНК применяется метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), который основан на чередовании этапов нагревания и охлаждения. За 30-40 циклов одна молекула ДНК многократно копируется, превращаясь в миллиарды идентичных фрагментов. После этого специальный детектор сравнивает полученные образцы ДНК ребёнка и предполагаемого отца. Если обнаруживается совпадение определённых участков, отцовство считается достоверно установленным.

Выполнение таких лабораторных анализов обычно занимает от нескольких часов до нескольких дней, что может быть неудобно в экстренных или удалённых условиях. В связи с этим растёт спрос на портативные, быстрые и доступные ПЦР-системы, которые позволяют проводить диагностику непосредственно в полевых условиях, например, в кабинете врача или в мобильном госпитале. Развитие таких технологий существенно расширит возможности оперативного и точного генетического тестирования, что особенно важно для медицины, судебной экспертизы и экстренных служб.

Современные технологии в области молекулярной диагностики стремительно развиваются, позволяя значительно ускорить и упростить процесс анализа ДНК. В одном из ведущих вузов разработали инновационный метод, основанный на конвективной полимеразной цепной реакции (ПЦР), который использует компактный микрокамеру-чип с плоской структурой — его размеры меньше обычного смартфона. Такое устройство представляет собой тонкую платформу, где нижняя часть нагревается, а верхняя охлаждается, создавая температурный градиент. Благодаря этому образец биологического материала непрерывно циркулирует внутри камер, что обеспечивает многократное копирование целевых фрагментов ДНК.

Этот процесс позволяет за короткое время — всего за 30–40 минут — получить миллиарды идентичных копий исследуемого участка, что существенно повышает чувствительность и точность диагностики. Прибор автоматически фиксирует накопленное количество фрагментов и выдает результат, готовый к интерпретации специалистами. Такой подход значительно сокращает время ожидания и снижает необходимость в громоздком лабораторном оборудовании.

Важно понимать, что каждая молекула ДНК состоит из десятков тысяч нуклеотидов — это длинная и сложная последовательность, которая в растворе ведет себя как протяженная нить. Именно благодаря способности ПЦР избирательно амплифицировать нужные участки этой нити становится возможным выявление даже минимальных количеств генетического материала. Внедрение конвективной ПЦР с использованием микрокамеры-чипа открывает новые перспективы для быстрого и точного анализа в медицине, биологии и других областях науки, делая диагностику более доступной и эффективной.

Понимание механизмов движения молекул ДНК в различных средах имеет ключевое значение для многих областей биофизики и молекулярной биологии. В отличие от классической диффузии точечных частиц, диффузия молекул ДНК характеризуется сложными особенностями, обусловленными их размером, структурой и взаимодействием с окружающей средой. Законы диффузии молекул ДНК существенно отличаются от привычных моделей, применяемых к точечным включениям, что часто приводит к значительным расхождениям между теоретическими расчетами и экспериментальными наблюдениями.

"До настоящего времени в большинстве исследований молекулы ДНК рассматривались как пассивные объекты, полностью подчиняющиеся потоку жидкости. Однако мы впервые начали рассматривать молекулы ДНК как самостоятельные микрочастицы, способные к независимому движению, — отметил доцент кафедры «Прикладная физика», кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Рамиль Сираев. — Это новое понимание позволяет более точно моделировать процессы переноса и взаимодействия ДНК в различных биологических и технологических системах."

Такой подход открывает новые возможности для разработки более точных моделей диффузии и улучшения методов анализа динамики молекул ДНК в растворах и клеточных средах. В конечном итоге, это способствует более глубокому пониманию фундаментальных биофизических процессов и может привести к инновациям в области генной инженерии, диагностики и терапии.

Источник и фото - ria.ru