Сделано в России: исследование методом ПЦР растений и животных на месте без лаборатории

Пандемия коронавируса привела к тому, что потребности медицины в лабораториях, специалистах, растворах и реактивах для исследований методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) сегодня почти полностью закрыты. Этот метод позволяет выявлять инфекционные патогены с высокой эффективностью, точностью и чувствительностью — в теории, до молекулы. Наряду с иммуноферментным анализом сейчас это основной способ диагностики инфекционных заболеваний.

Но для проведения (ПЦР) нужна лаборатория, квалифицированные специалисты и дорогостоящее оборудование. И это проблема для многих отраслей, где требуется чуть ли не ежедневно проводить подобные исследования. Запрос на такое тестирование есть в животноводстве, растениеводстве и ветеринарии, и он большой.

PCRBOT заменяет целую лабораторию Фото: © dpa/picture-alliance

К слову, в России сегодня около 6000 ветеринарных клиник, и только у одной есть своя лаборатория. Остальные пользуются услугами сторонних организаций, что долго и дорого. Та же проблема у фермеров и даже больших хозяйств.

Быстро и просто

Сибиряки Андрей Тронин и Александр Ефимов нашли решение: портативный ПЦР-анализатор — недорогой в производстве и простой в применении.

«Основная особенность нашего прибора в том, что им может воспользоваться любой человек. Для этого не надо обладать какими-то особыми знаниями или умениями», — объясняет генеральный директор компании «Биодайв» Андрей Тронин.

Создатели PCRBOT'а Александр Ефимов (слева) и Андрей Тронин Фото: Марина Студнева / «Сириус.Журнал»

Устройство назвали PCRBOT. По сути, это маленькая портативная лаборатория, которая помещается на ладони и дает результат уже через 30-40 минут. А значит, ее можно использовать на месте, будь то ферма или ветеринарная клиника.

Ведь как сейчас обстоят дела? Возьмем, к примеру, семенной картофель. Он отличается от обычного наличием большого количества патогенов — грибков, вирусов и бактерий. Приобретая клубни для высадки на полях, фермеры покупают не картошку , а кота в мешке: они не знают сколько там патогенных микроорганизмов. А ведь от этого зависит урожай. PCRBOT позволит на месте понять, подходит ли предложенный овощ для посева или нет.

Другой пример. Фермер заметил, что выращиваемую им культуру поразила болезнь. Чтобы точно узнать, что за это напасть, ему необходимо отправить образец в лабораторию, которая, как правило, находится в десятках, если не сотнях, километров, дождаться ответа, понять, какими средствами бороться с заразой. Потом еще нужно будет закупить «химию» и обработать посевы. На все это уходит в среднем до трех недель, а потерянное время может оказаться критическим для выживания урожая.

«Все это касается не только картофеля, но и пшеницы, помидоров, огурцов и других культур. Все растения страдают от различных патогенов. Диагностика инфекционных заболеваний развита очень плохо, кроме микробиологии, а это давно устаревший метод, потому что занимает очень много времени. В этом смысле, в сельском хозяйстве сейчас XIX век, и не только у нас, а везде», — поясняет Андрей Тронин.

PCRBOT способен в кратчайшие сроки проводить исследования пшеницы и других сельхозкультур методом ПЦР Изображение: © didesign021 / Shutterstock / FOTODOM

В ветеринарии особенно важно на месте проверить животное, чтобы вовремя выписать необходимое лекарство или принять решение о госпитализации. Иногда приходится повторно брать биоматериалы, а в этом деле счет идет на минуты — вопрос жизни и смерти.

Объединить силы

Придумать устройство мало, идею надо реализовать. У обоих разработчиков за плечами Новосибирский государственный университет. Биохимик Андрей Тронин более 15 лет занимался диагностическими тест-системами для выявления инфекционных заболеваний у людей. Александр Ефимов учился прикладной математике и информатике, долгое время изучал приборостроение, в том числе для лабораторной диагностики. На совместных проектах ученые и познакомились.

«Мы долго думали, чтобы такое инновационное придумать. Александр занимался робототехникой, я диагностикой. Логично, что мы стали изобретать на стыке приборостроения и диагностики», — рассказывает Андрей Тронин.

PCRBOT не требует специальных знаний и умений Фото: Марина Студнева / «Сириус.Журнал»

Лаборатория на ладони

Так и возникла мысль сделать портативный анализатор. Работать начали в направлении ветеринарии и сельского хозяйства, потому что в этих отраслях ничего подобного сегодня нет.

«Есть подобные приборы в человеческой диагностике, но они достаточно древние. Один из самых больших прорывов, который мы сделали — себестоимость нашего картриджа в несколько раз ниже, чем в аналогичных приборах для тестирования биоматериалов людей. И сам наш прибор на порядок дешевле», — рассказывает технический директор компании «Биодайв» Андрей Ефимов.

PCRBOT представляет собой небольшую коробочку, размером с барсетку. Чтобы провести тестирование, в нее нужно поместить картридж, а когда все будет готово, результаты придут в приложение на мобильном телефоне. Для пользователя все очень просто, но технологически это очень сложный процесс.

«Классический ПЦР-анализ — это набор ручных действий, которые делают люди в лаборатории. У нас была

Биологи формируют техническое задание инженерам и проверяют результат в лаборатории Фото: Юрий Славин / Пресс-служба «Сириуса»

задача уместить все эти действия в одну коробочку, чтобы они происходили в одном картридже в нужной последовательности. Картридж — это сменная пластиковая деталь, в которой находятся все необходимые для проведения теста растворы и реактивы. Они же в ней остаются и по окончании теста. Грубо говоря, вложил деталь, внутри прошли все необходимые процессы, вынул ее и со спокойной душой выбросил, потому что патогены в процессе тестирования уничтожаются. Все сухо, чисто, можно вставлять новый картридж», — объясняет Андрей Тронин.

Задумку высоко оценили эксперты Инновационного научно-технологического центра «Сириус», поэтому компания «Биодайв» стала резидентом первой федеральной территории. Этот статус на десять лет освобождает от уплаты НДС, налогов на прибыль и имущество, отчислений по медицинскому страхованию и временной нетрудоспособности. Выплаты по страховым взносам снижены до 14 %.

Резидентами ИНТЦ могут стать только российские юрлица, основной профиль которых связан с научно-технологической деятельностью по приоритетным направлениям Центра: науки о жизни, информационные технологии и междисциплинарные разработки, включая когнитивные и образовательные технологии, а также инженерные проекты. Кроме того, обязательно надо зарегистрировать самостоятельное юридическое лицо на территории «Сириуса». И что важно, выручка у компании не должна превышать 1 млрд рублей, а прибыль — 300 млн рублей.

Оригинальные решения

Сейчас в компании работают 20 человек. Биологи трудятся в лаборатории и формируют техническое задание инженерам на то, что должно происходить в картридже: какие растворы с какими смешивать, в какой последовательности, при каких температурах и как их детектировать. Затем они смотрят, чтобы результаты PCRBOT’а полностью совпадали с результатами профессионального лабораторного ДНК-амплификатора, проведенного уже по классической схеме — в лабораторных условиях высококвалифицированным специалистом.

Сменный картридж обеспечивает безопасность исследования Изображение: © ООО «Биодайв»

Сам прибор универсален, однако для каждого патогена нужен свой картридж. «Картридж и биологические процессы — это полностью наши оригинальные решения. Мы подали заявки на патент устройства самого картриджа и его изготовление, а также на изобретение в области биологии и того, как происходит выявление специфических молекул ДНК и РНК в картридже», — говорит Андрей Тронин.

Клиентами станут ветклиники, которым поставляют картриджи для выявления желудочно-кишечных и респираторных заболеваний у кошек и собак. Осенью появятся еще четыре картриджа для ПЦР-тестирования заболеваний у домашних животных. Уже есть наработки по крупному рогатому скоту и картофелю. В перспективе — пшеница и помидоры. В принципе, технология подойдет даже для тестов мяса на халяльность — все зависит от запроса пользователей.

«Мы рассматриваем все направления, просто есть более приоритетные. Те же ветклиники понимают, что такое ПЦР и видят свою экономическую выгоду. Нет никакой необходимости их уговаривать. Но мы не агрономы и не ветеринары, поэтому не можем сказать, что какая–то болезнь важнее. У болезней есть сезонность и региональность, что в сельском хозяйстве, что в ветеринарии. Поэтому пользователи нам в этом помогают. Они нам подсказывают, какие заболевания критичны. С них образцы — с нас технология», — поясняет Александр Ефимов.

Важно, что технология «Биодайва» масштабируема

«Если какая-то компания решит самостоятельно разрабатывать и производить картриджи для отдельных направлений диагностики, например лаборатория решит тестировать заболевания кенгуру, мы предоставим им технологию и лицензию. Мы хотим, чтобы наш картридж и прибор стали стандартом в этой области. На базе PCRBOT’а мы планируем построить для пользователей систему менеджмента здоровья растений и животных», — объясняет Александр Ефимов.

Андрей Тронин (слева) и Александр Ефимов в Университете «Сириус», где расположена лаборатория компании «Биодайв» Фото: Марина Студнева / «Сириус.Журнал»

В перспективе фермеры должны получить экосистему, которая будет аккумулировать данные с других приборов, уже широко применяемых в хозяйстве. Это позволит предсказывать заболевания, а значит загодя предпринимать действия. Кроме того, продумывается вариант создания системы поддержки. Пользователь не только будет видеть выявленные патогены, но и понимать, что ему с ними делать. Например, каким составом обрабатывать пораженные болезнью растения.

Сейчас, когда поставки и обслуживание зарубежных тест-систем нарушились, особенно важно, что PCRBOT — полностью российская разработка.

«Все, включая сервис, мы делаем в „Сириусе“ и не зависим от курса доллара или погоды на Марсе»,  — резюмирует Андрей Тронин.