Ученые Сколтеха и их коллеги предложили способ существенно упростить детектирование в биологических пробах человека следов лекарств, наркотических веществ или спортивного допинга — два дополнительных анализа могут в 10 раз уменьшить пространство поиска в такой задаче.
В России найден способ ускорить поиск допинга у спортсменов

Чтобы определить химический состав какого-либо вещества, ученые используют масс-спектрометрию — технику, при которой компоненты этого вещества ионизируются (то есть нейтральные молекулы и атомы превращаются в заряженные ионы), а затем по их траектории в электромагнитном поле определяется масс-спектр, концентрации компонентов относительно всей смеси. Именно с помощью масс-спектрометра можно, в частности, поймать кого-то на приеме анаболиков, диуретиков или даже, например, тестостерона, который и так встречается в человеческом организме — и доказать, что обнаруженный гормон имеет искусственное происхождение.

Но масс-спектр — это лишь половина дела. В открытых базах химических соединений, таких, как PubChem, более 120 миллионов соединений; есть базы данных уже известных масс-спектров, но в этих библиотеках сейчас всего около полумиллиона соединений. Даже если по масс-спектру как-то удалось восстановить молекулярную формулу, в PubChem может найтись несколько тысяч соединений с такой формулой.

Юрий Костюкевич, доцент Центра по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных Сколтеха (CDISE), и его коллеги предложили способ на порядок уменьшить пространство поиска, то есть количество вариантов, из которых вы выбираете, в такой непростой задаче. Для этого нужно больше информации о структуре молекулы.

Помимо стандартных процедур при масс-спектрометрии, ученые предложили проводить два дополнительных анализа, основанных на реакциях обмена легкого и тяжелого изотопов водорода и легкого и тяжелого изотопов кислорода (16O и 18O). Результаты этих анализов дают информацию о структуре молекулы и работают как дополнительный фильтр при отборе подходящих соединений. Статья ученых опубликована в журнале Analytical Chemistry.

Свой метод ученые испытали для детектирования в моче человека реального психоактивного вещества — метилендиоксипировалерона (MDPV, внесен в перечень наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в РФ). MDPV отлично подходит для такой проверки: его формула C16H21NO3 дает 19337 соединений, лишь для семи из которых есть готовые масс-спектры. Два относительно простых дополнительных анализа, которые предложили авторы научной статьи, сокращают пространство поиска до 1515 молекул — в 13 раз. Костюкевич отмечает, что среди этих оставшихся полутора тысяч молекул лишь малая часть имеет биологическое происхождение, так что это существенно упростит дело.

Идея ученых сработает даже для гипотетических новых, ранее не известных видов допинга. «Если вы приняли такой допинг, наш подход засечет, что у вас в биологических пробах есть что-то, чего у других спортсменов нет, и примерно скажет, на что это соединение похоже. А разбираться, допинг это или вы вчера какую-то экзотическую пищу употребили — это уже дело спортивных врачей», — говорит ученый.

Работу исследователи провели совместно с Центральной химико-токсикологической лабораторией Минздрава — головной организацией по скринингу запрещенных препаратов. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда. Материал подготовлен пресс-службой Сколтеха.