izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-10-57-64izmertech-2290Research ArticleМЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMEDICAL AND BIOLOGICAL MEASUREMENTSМетод экспресс-детекции рекомбинантного белка Е вируса Западного НилаMethod for rapid detection of recombinant protein E of West Nile virushttps://orcid.org/0000-0001-9441-6450ЧеремискинаА. А.CheremiskinaA. A.

Анастасия Алексеевна Черемискина

р. п. Кольцово, Новосибирская обл.

Anastasia A. Cheremiskina

Koltsovo, Novosibirsk region

cheremiskina_aa@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9985-1582ШаньшинД. В.ShanshinD. V.

Даниил Васильевич Шаньшин

р. п. Кольцово, Новосибирская обл.

Daniil V. Shanshin

Koltsovo, Novosibirsk region

shanshin_dv@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7544-187XГенераловВ. М.GeneralovV. M.

Владимир Михайлович Генералов

р. п. Кольцово, Новосибирская обл.

Vladimir M. Generalov

Koltsovo, Novosibirsk region

general@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0009-0008-3528-7060ГлуховА. В.GlukhovA. V.

Александр Викторович Глухов

Новосибирск

Alexander V. Glukhov

Novosibirsk

glwav@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0009-8400-6779СердюкД. Е.SerdyukD. E.

Данил Евгеньевич Сердюк

Новосибирск

Danil E. Serdyuk

Novosibirsk

serdanil99@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9161-6438СафатовА. С.SafatovA. S.

Александр Сергеевич Сафатов

р. п. Кольцово, Новосибирская обл.

Alexander S. Safatov

Koltsovo, Novosibirsk region

safatov@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1992-8103БурякГ. А.BuryakG. A.

Галина Алексеевна Буряк

р. п. Кольцово, Новосибирская обл.

Galina A. Buryak

Koltsovo, Novosibirsk region

buryak@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0009-0005-3958-4132ГрабежоваВ. К.GrabezhovaV. K.

Виктория Константиновна Грабежова

Новосибирск

Victoria K. Grabezhova

Novosibirsk

dcbmtVega@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0077-3823КручининаМ. В.KruchininaM. V.

Маргарита Витальевна Кручинина

Новосибирск

Margarita V. Kruchinina

Novosibirsk

kruchmargo@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3730-3414ШуваловГ. В.ShuvalovG. V.

Геннадий Владимирович Шувалов

Новосибирск

Gennady V. Shuvalov

Novosibirsk

gvshuvalov@mail.ruГосударственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» РоспотребнадзораРоссияState Research Center of Virology and Biotechnology “Vector” RospotrebnadzorRussian FederationНовосибирский завод полупроводниковых приборов «Восток»РоссияNovosibirsk Factory of Semiconductor Devices “Vostok”Russian FederationДизайн-центр биомикроэлектронной технологии «Вега»РоссияDesign Center for Biomicroelectronic Technologies “Vega”Russian FederationНаучно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины – филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики СО РАН»РоссияResearch Institute of Internal and Preventive Medicine – Branch of the Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of Russian Academy of SciencesRussian FederationЗападно-Сибирский филиал Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений»РоссияWest-Siberian branch of Federal State Unitary Enterprise “Russian Metrological Institute of Technical Physics and Radioengineering”Russian Federation2024091220240105764Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2290

Отмечено, что время детекции белка E вируса Западного Нила стандартными методами – имуноферментным анализом на антиген вируса Западного Нила, сероконверсией антител, полимеразной цепной реакцией с обратной транскрипцией, изоляцией вируса и анализом нейтрализации, составляет не менее одного часа. Вирус Западного Нила (род Flavivirus) принадлежит антигенному комплексу японского энцефалита семейства Flaviviridae и способен вызывать лихорадку или тяжёлую болезнь Западного Нила. Для повышения скорости обнаружения рекомбинантного белка Е вируса Западного Нила предложен метод экспресс-детекции с использованием разработанного перспективного аналитического устройства на базе биосенсора. В основе биосенсора лежит полевой транзистор, изготовленный методом оптической литографии по технологии «кремний на изоляторе». Конструкция биосенсора модернизирована – изменена топология кристалла (в центре сформирован один электрод заземления, вокруг которого расположены 20 полевых транзисторов), а поверхность кристалла дополнительно покрыта слоем оксида гафния для стабилизации электрических характеристик. Детекция белка с помощью биосенсора основана на измерении амплитуды тока в цепи исток-сток биосенсора с иммобилизованными на поверхности его затвора моноклональными антителами в ответ на появление в анализируемой пробе антигена – рекомбинантного белка Е вируса Западного Нила. Экспериментально установлено, что биосенсор способен детектировать белок концентрацией 10 пг/мкл. Дальнейшие исследования направлены на определение погрешности измеряемых концентраций и статистической достоверности результатов, полученных с помощью биосенсора.

It was noted that the detection time of West Nile virus protein E by standard methods – immunoenzyme assay for West Nile virus antigen, antibody seroconversion, polymerase chain reaction with reverse transcription, virus isolation and neutralization assay, is at least one hour. West Nile virus (genus Flavivirus) belongs to the Japanese encephalitis antigenic complex of the family Flaviviridae and is capable of causing West Nile fever or severe West Nile disease. To increase the detection rate of recombinant protein E of West Nile virus, an express detection method using the developed promising biosensor-based analytical device was proposed. The biosensor is based on a field-effect transistor fabricated by optical lithography using silicon-on-insulator technology. The biosensor design was modernized – the topology of the crystal was changed (one ground electrode was formed in the center, around which 20 field-effect transistors are located), and the crystal surface was additionally covered with a hafnium oxide layer to stabilize the electrical characteristics. Protein detection by means of the biosensor is based on the measurement of current amplitude in the source-to-source circuit of the biosensor with monoclonal antibodies immobilized on the surface of its gate in response to the appearance of the antigen – recombinant protein E of West Nile virus – in the analyzed sample. It was experimentally established that the biosensor is capable of detecting protein concentration of 10 pg/μl. It is necessary to continue further studies to determine the error of measured concentrations and statistical reliability of the results obtained by the biosensor.

биосенсорметод экспресс-детекциивирус Западного Нилаполевой транзистормодификация поверхностиинфекционные заболеванияbiosensorrapid detection methodWest Nile virusfield effect transistorsurface modificationinfectious diseasesРабота выполнена при поддержке государственного задания Государственного научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора ГЗ-21/21 и государственного задания бюджетной темы «Изучение молекулярно-генетических и молекулярно-биологических механизмов развития распространенных терапевтических заболеваний в Сибири для совершенствования подходов к их ранней диагностике и профилактике», 2024–2028 гг. (FWNR-2024-0004).The work was supported by the state task of State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector” Rospotrebnadzor GZ-21/21 and the state task of the budget topic “Study of molecular genetic and molecular biological mechanisms of development of common therapeutic diseases in Siberia to improve approaches to their early diagnosis and prevention”, 2024–2028 (FWNR-2024-0004).ReferencesSmithbur n K. C., Hughes T. P., Burke A. W., Paul J. H. A neurotropic virus isolated from the blood of a native of Uganda. American Journal of Tropical Medicine, s1-20(4), 471–472 (1940). https://doi.org/10.4269/ajtmh.1940.s1-20.471Smithburn K. C., Hughes T. P., Burke A. W., Paul J. H. A neurotropic virus isolated from the blood of a native of Uganda. American Journal of Tropical Medicine, s1-20(4), 471–472 (1940). https://doi.org/10.4269/ajtmh.1940.s1-20.471Odigie A. E., Stufano A., Schino V. et al. W est Nile Virus infection in occupational settings – A systematic review. Pathogens, 13(2), 157 (2024). https://doi.org/10.3390/pathogens13020157Odigie A. E., Stufano A., Schino V. et al. West Nile Virus infection in occupational settings – A systematic review. Pathogens, 13(2), 157 (2024). https://doi.org/10.3390/pathogens13020157Austin S. K., Dowd K. A. B cell response and mechanisms of antibody protection to West Nile Virus. Viruses, 6(3), 1015–1036 (2014). https://doi.org/10.3390/v6031015Austin S. K., Dowd K. A. B cell response and mechanisms of antibody protection to West Nile Virus. Viruses, 6(3), 1015–1036 (2014). https://doi.org/10.3390/v6031015Sambri V., Capobianchi M. R., Cavrini F. et al. Diagnosis of west nile virus human infections: overview and proposal of diagnostic protocols considering the results of external quality assessment studies. Viruses, 5(10), 2329–2348 (2013). https://doi.org/10.3390/v5102329Sambri V., Capobianchi M. R., Cavrini F. et al. Diagnosis of west nile virus human infections: overview and proposal of diagnostic protocols considering the results of external quality assessment studies. Viruses, 5(10), 2329–2348 (2013). https://doi.org/10.3390/v5102329Chancey C., Grinev A., Volkova E., Rios M. The global ecology and epidemiology of West Nile virus. BioMed Research International, 2015(1), 376230 (2015). https://doi.org/10.1155/2015/376230Chancey C., Grinev A., Volkova E., Rios M. The global ecology and epidemiology of West Nile virus. BioMed Research International, 2015(1), 376230 (2015). https://doi.org/10.1155/2015/376230Mukhopadhyay S., Kim B. S., Chipman P. R et al. Structure of West Nile virus. Science, 302(5643), 248 (2003). https://doi.org/10.1126/science.1089316Mukhopadhyay S., Kim B. S., Chipman P. R. et al. S tructure of West Nile virus. Science, 302(5643), 248 (2003). https://doi.org/10.1126/science.1089316Генералов В. М., Глухов А. В., Грабежова В. К. и др. Биосенсор для индикации биологических частиц: пат. RU 223220 U1. Изобретения. Полезные модели. № 4 (2024).Generalov V. M., Glukhov A. V., Grabezhova V. K. et al. Biosensor for indication of biological particles: Patent RU 223220 U1. Inventions. Utility models, no. 4 (2024).Shanshin D. V., Borisevich S. S., Bondar A. A. et al. Can modern molecular modeling methods help find the area of potential vulnerability of flaviviruses? International Journal of Molecular Sciences, 23(14), 7721 (2022). https://doi.org/10.3390/ijms23147721Shanshin D. V., Borisevich S. S., Bondar A. A. et al. Can modern molecular modeling methods help find the area of potential vulnerability of flaviviruses? International Journal of Molecular Sciences, 23(14), 7721 (2022). https://doi.org/10.3390/ijms23147721Malsagova K. A., Pleshakova T. O., Kozlov A. F. et al. Detection of influenza virus using a SOI-nanoribbon chip, based on an N-type field-effect transistor. Biosensors, 11(4), 119 (2021). https://doi.org/10.3390/bios11040119Malsagova K. A., Pleshakova T. O., Kozlov A. F. et al. Detection of influenza virus using a SOI-nanoribbon chip, based on an N-type field-effect transistor. Biosensors, 11(4), 119 (2021). https://doi.org/10.3390/bios11040119Наумова О. В., Фомин Б. И. Оптимизация отклика нанопроволочных биосенсоров. Автометрия, 52(5), 21–25 (2016). https://doi.org/10.15372/AUT20160503Naumova O. V., Fomin B. I. Optimization of response of nanowire biosensors. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 52, 434–437 (2016). https://doi.org/10.3103/S8756699016050034Syu Y.C. , Hsu W.E., Lin C.T. Field-effect transistor biosensing: Devices and clinical applications. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 7(7), Q3196 (2018). https://doi.org/10.1149/2.0291807jssSyu Y.C., Hsu W.E., Lin C.T. Field-effect transistor biosensing: Devices and clinical applications. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 7(7), Q3196 (2018). https://doi.org/10.1149/2.0291807jss

The authors declare that there are no conflicts of interest present.