Obecne metody diagnostyczne, takie jak precyzyjne, ale drogie i czasochłonne testy PCR oraz często cechujące się niższą czułością szybkie testy antygenowe, nie nadają się do masowego przesiewania milionów ludzi w sytuacjach kryzysowych. Naukowcy zbadali więc alternatywną ścieżkę – syntezę czujników, które wykorzystują nasz naturalny zmysł smaku do sygnalizowania obecności wirusa.

Język jako laboratorium – mechanizm chemicznej detekcji

Przełomowe rozwiązanie opiera się na prostym, ale genialnym pomyśle, a więc wykorzystaniu enzymu krytycznego dla cyklu życiowego wirusa grypy – neuraminidazy (NA) – jako molekularnego włącznika. Neuraminidaza to białko znajdujące się na powierzchni wirusa, które jest mu niezbędne, aby opuścić zakażoną komórkę i rozprzestrzenić się dalej. Enzym ten rozszczepia wiązania α-glikozydowe w kwasie N-acetyloneuraminowym – najczęściej występującym kwasie sialowym u ludzi pełniącym kluczową funkcję biologiczną w komunikacji międzykomórkowej oraz wzmacnianiu układu odpornościowego. Zespół badawczy z Niemiec zaprojektował cząsteczki będące pochodnymi kwasu N-acetyloneuraminowego (naturalnego substratu NA). Cząsteczki te zostały chemicznie połączone ze związkiem o silnym, wyraźnym smaku – tymolem – za pomocą wiązania α-glikozydowego. W stanie związanym czujnik jest neutralny smakowo. Sensor został zoptymalizowany pod kątem specyficznego oddziaływania z neuraminidazą wirusową, nawet w niskich stężeniach typowych dla śliny pacjentów w aktywnej fazie infekcji grypy.

Proces detekcji:

• Pacjent umieszcza niewielką ilość czujnika (np. w postaci gumy do żucia albo pastylki) w jamie ustnej.
• Jeśli w ślinie jest obecny wirus grypy, jego neuraminidaza napotyka czujnik.
• Enzym rozszczepia wiązanie glikozydowe w czujniku, uwalniając tymol.
• Pojawienie się wyraźnego smaku stanowi pozytywny wynik testu.

Klucz do sukcesu – selektywność i optymalizacja

Najważniejszym osiągnięciem w rozwoju tej technologii było osiągnięcie wyjątkowej selektywności. Ludzki organizm, a zwłaszcza jama ustna i drogi oddechowe, są domem dla licznych bakterii, w tym tych, które również wytwarzają neuraminidazę (np. Clostridium perfringens). Nieselektywny czujnik dawałby fałszywie pozytywne wyniki w przypadku zwykłego zakażenia bakteryjnego. Naukowcy zastosowali precyzyjne inżynieryjne dostrojenie chemiczne cząsteczki, wprowadzając grupy metylowe w pozycjach O4 i O7 kwasu N-acetyloneuraminowego. Modyfikacja w pozycji O4 jest szczególnie ważna dla uniemożliwienia działania neuraminidazy bakteryjnej. Z kolei podstawienie w O7 ma za zadanie obniżyć aktywność innych typów neuraminidaz wirusowych (wirusa świnki, parainfluenzy). Dzięki tym modyfikacjom czujnik stał się idealnym substratem dla enzymu wirusowego, ale jednocześnie źle pasującym do bakteryjnego. Tę różnicę w dopasowaniu potwierdzono za pomocą zaawansowanej analizy strukturalnej i dokowania molekularnego, które wykazały, że zmodyfikowany sensor optymalnie wpasowuje się w kieszeń aktywną enzymu wirusowego H1N1, podczas gdy w przypadku enzymów bakteryjnych ta interakcja jest znacznie słabsza lub niemożliwa. W praktyce oznacza to, że czujnik potrafi odróżnić grypę od zakażeń bakteryjnych już na etapie wstępnego skriningu.

Strategiczne korzyści

Zastosowanie czujników generujących odczucie smaku ma potencjał, aby fundamentalnie zmienić zarządzanie przyszłymi pandemiami grypy. Bezwzględne walory to:

• dostępność i koszt – niska bariera technologiczna (brak skomplikowanej aparatury – wystarczy cząsteczka i język) zapewnia niezrównaną efektywność kosztową i masową dostępność,
• szybkość – wynik testu jest natychmiastowy i interpretowany przez samego pacjenta, co eliminuje konieczność czekania na wyniki laboratoryjne,
• filtr pierwszej linii – taka technologia może służyć jako idealny filtr diagnostyczny – narzędzie pierwszego rzutu, które umożliwi szybkie oddzielenie milionów zdrowych osób od potencjalnie zakażonych.

Dzięki temu cenne, zaawansowane środki zaradcze – takie jak testy PCR, opieka szpitalna czy leki przeciwwirusowe – mogłyby być strategicznie skierowane wyłącznie do wąskiej grupy osób z pozytywnym wynikiem testu smakowego. Sensory bazujące na smaku nie mają na celu zastąpienia dokładnych testów laboratoryjnych, ale mogą stać się wysoce skutecznym i masowym narzędziem diagnostycznym w sytuacjach kryzysowych.