Сотрудники отдела молекулярной нейроиммунной сигнализации Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН совместно с коллегами из Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН с помощью рамановской спектроскопии провели сравнительный анализ ядов различных животных и ряда веществ другой природы (не-ядов) и продемонстрирована применимость этого метода для идентификации животных ядов. Результаты работы опубликованы в журнале Microchemical Journal.

Яды различных животных, включая змей, скорпионов, пауков, представляют собой сложные смеси преимущественно белковых и пептидных токсинов и оказывают комплексное, зачастую неблагоприятное воздействие на живые организмы. Однако яды и их компоненты находят применение, например, в фармацевтической и космецевтической промышленности. В связи с ограниченностью источников и сложностью получения некоторые яды представляют большую ценность.

Контрабанда продуктов дикой природы, включая яды животных, является сегодня глобальной проблемой, а их незаконный оборот значителен. Зачастую невозможно доказать, что перевозимый материал является животным ядом, что позволяет контрабандистам избегать ответственности.

Рамановская спектроскопия при исследовании веществ белковой природы обладает такими преимуществами, как высокая информативность, экономичность и возможность прямого (без предварительной подготовки) измерения сухих образцов; на основе этого метода возможно реализовать быструю и простую методику идентификации ядов животных.

Авторы работы показали, что рамановская спектроскопия в сочетании с методом главных компонент (МГК) может обеспечить различение сухих образцов цельных ядов и рассмотренных не-ядов, а также кластеризацию различных образцов ядов животных на основе их сходства. Были исследованы яды змей, скорпионов, пауков, пчелы и сколопендры. В качестве не-ядов были рассмотрены аминокислоты, белковые и пептидные токсины (HDP1, NT1, Az), а также белки пепсин и лизоцим. Полученная МГК-карта, на которой расстояние между образцами отражает их различие, приведена на рисунке. Интересно отметить видимое на карте относительное сходство ядов скорпионов и пауков.

Использование алгоритмов машинного обучения, включающее тренировку на части образцов, позволило также автоматически разделить исследуемые вещества на яды и не-яды.

Предложенный метод выглядит перспективным с точки зрения идентификации ядов животных на месте, например, в аэропортах и ​​на пограничном контроле, персоналом без специального образования. Создание библиотек и программного обеспечения на ПК, совмещённом с компактным рамановским спектрометром, может служить основой для идентификации исследуемых веществ в полуавтоматическом режиме.

Для подтверждения эффективности предлагаемой методики необходимы дальнейшие исследования с расширенным набором образцов, включая небелковые органические вещества, углеводы, соли и т. д.

Данная работа проводилась при сотрудничестве исследователей биологического и физического коллективов, направленном на продвижение оптических методов, один из которых — рамановская спектроскопия, в область биологии, в частности, токсинологии. Работа выполнена в рамках государственного задания, тема № 124051400034-0.

Источник: ИБХ РАН.