Geum.ru

Программа фундаментальных исследований Президиума ран

Вид материалаПрограмма

Содержание


Сломинский П.А.
Цифровая система для высокочувствительной регистрации лазерных спектров пропускания молекул-биомаркеров в выдыхаемом воздухе
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   72

Поиск генетических маркеров спорадической формы болезни Паркинсона.




^ Сломинский П.А.1), Семенова Е.В. 1), Шадрина М.И.1), Иллариошкин С.Н.2),

Багыева Г.Х.2) , Маркова Е.Д.2), Иванова-Смоленская И.А.2), Лимборская С.А1)

1) Институт молекулярной генетики РАН, пл . акад. Курчатова д. 2, 123182 Москва, Россия
2) ГУ Центр неврологии РАМН , Волоколамсое ш. д. 80, 125367 Москва, Россия


Болезнь Паркинсона - нейродегенеративное заболевание, которое в большинстве случаев носит спорадический характер и относится к мультифакториальным заболеваниям с генетической предрасположенностью. Генетическая предрасположенность к этому заболеванию определяется совокупным действием целого ряда генов, большинство из которых до сих пор не идентифицированы. Одной из причин развития болезни Паркинсона являются мутации в гене белка паркина (PARK2), причем основным типом мутаций в этом гене являются делеции или дупликации отдельных экзонов или групп экзонов. Для их анализа разработан метод TaqMan ПЦР в реальном времени в технологии, позволяющий оценивать копийность экзонов гена паркина путем сравнения интенсивности амплификационных сигналов от экзона этого гена и от гена-свидетеля. С помощью разработанного метода проведена оценка делеций и дупликаций в гене паркина (PARK2) у российских больных с ранней (возраст дебюьтя до 45 лет) и классической (возраст дебюта более 55 лет) спорадической формой болезни Паркинсона. Показано, что перестройки гена паркина играют важную роль в патогенезе обоих форм спорадической болезни Паркинсона - суммарная частота всех делеций экзонов у спорадических больных БП с ранним началом развития достигает 14,5%. При поздней форме заболевания делеции и дупликации отдельных экзонов выявлены у 4% больных. Наиболее часто при этом делеции захватывают экзоны 3 и 4 гена паркина. Еще одним из генов болезни Паркинона является ген киназы с лецин богатыми повторами (дардарина) LRRK2 и нами был проведен поиск одной из патогенетически значимых мутаций в этом гене, G2019S, в выборке из 315 больных с разными формами заболевания. Обнаружено трое носителей этой мутации , причем в одном случае выявлено сочетание мутации G2019S с мутацией в гене паркина - дупликацией экзона 5. Мутация G2019S обнаружена на фоне двух разных полиморфных гаплотипов гена дардарина.

^ ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ЛАЗЕРНЫХ СПЕКТРОВ ПРОПУСКАНИЯ МОЛЕКУЛ-БИОМАРКЕРОВ В ВЫДЫХАЕМОМ ВОЗДУХЕ




Е.В. Степанов, П.В. Зырянов, Ю.С. Богданов, А.Н. Глушко, Д.А. Лапшин

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва


Лазерный спектральный анализ следов некоторых газообразных молекул, образующихся в организме и выделяющихся с дыханием, может быть эффективно использован для решения разнообразных задач био-медицинской диагностики. Это в первую очередь обусловлено наличием взаимосвязи между темпом выделения таких молекул из организма и скоростями обменных процессов, происходящих в организме в норме и при патологиях. Возможность анализа состава выдыхаемого воздуха на уровне микроконцентраций (относительные концентрации менее 10-6) появляется тогда, когда применяемый аналитический метод обеспечивает одновременно высокую концентрационную чувствительность, точность и селективность измерений, а также обладает достаточно высокой скоростью анализа исследуемых эндогенно-образуемых соединений. Необходимые для решения данной задачи аналитические характеристики оказываются доступными при использовании лазерных технологий, в частности, основанных на применении перестраиваемых полупроводниковых лазеров. Как было показано ранее в наших работах, лазерный спектральный анализ может быть применен как для определения скорости продукции отдельных эндогенных соединений, например, моноокиси углерода CO, оксида азота NO, аммиака NH3, метана СН4 и многих других, содержащихся в выдыхаемом воздухе на следовом уровне, так и относительного содержания изотопических и изомерических модификаций молекулярных соединений, образующихся в результате основного обмена, например, отношения концентраций 13CO2 и 12СО2 или орто- и пара- воды.

Одним из ключевых элементов аналитических систем, использующих принципы лазерной спектрометрии, являются системы сбора и обработки регистрируемой спектральной информации. Метрологические характеристики последних, такие как точность, чувствительность, быстродействие, должны быть адекватны возможностям применяемого физического метода (в нашем случае - в молекулярной спектроскопии поглощения с помощью перестраиваемых полупроводниковых лазеров), а их технологический уровень должен соответствовать современному развитию электронной и вычислительной техники.

В рамках реализации Проекта на основе современной микропроцессорной элементной базы была разработана система высокочувствительной цифровой регистрации, хранения и обработки лазерных спектров поглощения молекул-биомаркеров (CO, NO, NH3, СН4, 13CO2/12СО2). Параметры системы регистрации позволяют в реальном времени в 2-х канальном режиме регистрировать лазерные спектры пропускания при длительности лазерных импульсов до 10000 мкс, протяженности спектров 1-15 см-1, скорости перестройки 102-104 см-1/с. При этом обеспечивается регистрация не менее 4000-6000 точек на спектр и 200-300 точек на одну аналитическую линию поглощения. Для оцифровки сигнала используется сигма-дельта АЦП, 10MSPS, c разрядностью по амплитуде 16 bit и тактовой частотой 5 МГц. Это позволяет осуществлять качественную запись контуров линий поглощения, регистрируемых с помощью перестраиваемых диодных лазеров, и их производных, что важно для достижения требуемых характеристик спектрального анализа по точности, чувствительности, селективности и быстродействию. Для передачи спектральных данных использован высокоскоростной протокол USB 2.0 (480 Mbits/s), что позволяет избежать потери информации и увеличить быстродействие системы. Создано специализированное программное обеспечение, предназначенное для обеспечения работы системы и ее управления с помощью персонального компьютера. В частности, созданы драйверы для работы с комплексом, работающие в среде современных оперативных систем WindowsXP и WindowsVista, а также алгоритмы и программы математической обработки сигналов и пользовательского интерфейса.