Läpimurto virustutkimuksessa: Virus-RNA:n havaitseminen entistä herkemmin

Viimeaikaiset pandemiat ovat osoittaneet, että virukset muodostavat vakavan maailmanlaajuisen uhan terveydelle. Niiden varhainen havaitseminen ja tunnistaminen on oleellista uusien epidemioiden ehkäisemiseksi. Vaikka perinteiset virusten havaitsemismenetelmät ovat tehokkaita, eivät ne anna tarkkaa ajallista ja paikallista tietoa infektiosta kuten siitä hetkestä, kun virus avautuu ja vapauttaa perimänsä.

- Tutkimuksemme on monitieteinen ponnistus, jossa yhdistyy biologian, kemian ja fysiikan asiantuntemus. Lisäksi se on merkittävä harppaus virusten havaitsemisteknologioiden kehittämisessä. Olemme kehittäneet parannetun suhteellisen fluoroanturin, jossa käytetään hiilinanopisteitä (Carbon Dot, CD), etidiumbromidia (EB) ja yksijuosteista DNA-fragmenttia koettimena enteroviruksen RNA:n havaitsemiseen, kertoo fysiikan professori Jussi Toppari Jyväskylän yliopistosta.

Innovatiivinen fluorianturi virusten havaitsemiseen

Fluoresoivista nanohiukkasista on tullut tehokkaita työkaluja bioanalyyttien havaitsemiseen. Näistä yksi kiinnostavimmista on hiilinanopiste sen helpon valmistuksen, vakauden ja myrkyttömyyden takia.

- Kehitimme ns. funktionalisoidun anturin (Func Sensor), jossa CD:t on kovalenttisesti sidottu koettimeen. Se päihittää selvästi perinteisemmän lähestymistavan, ns. ei-funktionalisoidun anturin (Non-Func Sensor), jossa CD:t, koetin ja EB on vain sekoitettu keskenään, selittää väitöskirjatutkija Amar Raj Jyväskylän yliopistosta.

Tutkimuksessa huomattiin, että Non-Func-anturilla oli alhaisempi herkkyys kohde-DNA:n havaitsemisessa, eikä se toiminut aidoilla enteroviruksen RNA-näytteillä lainkaan.

- Func-anturi osoitti taas paljon korkeampaa herkkyyttä DNA:n ja aidon viruksen RNA:n kanssa sekä selvästi parempaa selektiivisyyttä, kommentoi tutkija Abhishek Pathak, joka työskenteli aiemmin Jyväskylän yliopistossa tutkijatohtorina.

Tutkimus osoittaa erityisesti, että Func-anturi voi havaita enteroviruksen RNA:n vapautumisen reaaliaikaisesti.

- Tämä tarkoittaa sitä, että Func-anturia voidaan käyttää uutena viruksen RNA:n havaitsemisalustana, joka tarjoaa kipeästi kaivatun mahdollisuuden viruksen RNA:n reaaliaikaiseen havaitsemiseen infektion aikana, kertoo solu- ja molekyylibiologian professori Varpu Marjomäki Jyväskylän yliopistosta.

Kohti turvallisempaa tutkimusta

Tutkimusryhmän uraauurtava tutkimus ei ainoastaan esittele uutta menetelmää virus-RNA:n havaitsemiseksi vaan myös valaisee fluoroforien välisiä varauksensiirtomekanismeja. Tämän menestyksen pohjalta tutkimusryhmä työskentelee nyt tehdäkseen menetelmästä turvallisemman korvaamalla mahdollisesti vaarallisen väriaineen etidiumbromidin paljon turvallisemmilla, vähemmän sytotoksisilla tai biologisesti yhteensopivilla väriaineilla.

- Tämä parantaa entisestään viruksen RNA:n havaitsemisen turvallisuutta ja tehokkuutta, iloitsee Pathak.

Tutkimus on julkaistu CARBON-lehdessä 10.3.2025.

Artikkelin tiedot:

• Pathak, A.1; Raj, A.1; Larsson, S.; Patil, A. B.; Singh, A. K.; Laajala, M.; Kumpulainen, T.; Marjomäki*, V. S.; Toppari, J. J.*, Ultrasensitive Ratiometric Fluorosensor for Enteroviral RNA Detection Based on Improved Electron Transfer between Carbon Dots and Ethidium Bromide, Carbon 2025, 238, 120222.
• Doi numero: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120222