Возможности применения трегалозных зондов для выявления микобактерий туберкулеза

Одним из перспективных направлений в диагностике туберкулеза являются трегалозные зонды, способные селективно проникать в Mycobacterium tuberculosis (МБT). При этом зонды генерируют флуоресцентный сигнал, позволяя проводить таким образцом детекцию. Для анализа современного состояния и перспектив применения трегалозных зондов, как нового подхода к экспресс-диагностике Mycobacterium tuberculosis, проведен обзор научной литературы. Рассмотрены основные типы зондов: флуорогенные, построенные по схеме «флуорофор-тушитель» и фотоактивируемые. Трегалозные зонды обеспечивают селективную детекцию МБT за счет специфического поглощения трегалозы, встраивания в клеточную стенку и последующей активации флуоресценции. Зонды позволяют обнаруживать МБT в образцах мокроты без сложной пробоподготовки и этапов отмывки. Методика позволяет дифференцировать жизнеспособные и нежизнеспособные клетки МБT, а также может применяться для тестирования их лекарственной чувствительности. 

1. Васильева И.А. Достижения и перспективы инновационных исследований в области фтизиатрии // Вестник Российской академии наук. – 2025. – № 1. – С. 63-74. https://doi.org/10.31857/S0869587325010063

2. Вахрушева Д.В., Васильева И.А. К вопросу о стандартизации и качестве лабораторных исследований для диагностики и контроля химиотерапии туберкулеза // Туберкулез и болезни легких. – 2018. – Т. 96, № 9. – С. 57-62. https://doi.org/10.21292/2075-1230-2018-96-9-57-62

3. Мартынов В.И., Пахомов А.А. Флуоресцентные производные BODIPY как репортеры молекулярных процессов в живой клетке // Успехи химии. – 2021. – Т. 90, № 10. – С. 1213-1262.

4. Babu Sait M.R., Koliwer-Brandl H., Stewart J.A., Swarts B., Jacobsen M., Ioerger T., Kalscheuer R. PPE51 mediates uptake of trehalose across the mycomembrane of Mycobacterium tuberculosis // Sci. Rep. – 2022. – Vol. 12, № 1. – Р. 2097. https://doi.org/10.1038/s41598-022-06109-7

5. Backus K.M., Boshoff H.I., Barry C.S., Boutureira O., Patel M.K., D'Hooge F., Lee S.S., Via L.E., Tahlan K., Barry C.E., et al. Uptake of Unnatural Trehalose Analogs as a Reporter for Mycobacterium tuberculosis // Nat. Chem. Biol. – 2011. – Vol. 7, № 4. – Р. 228-235. https://doi.org/10.1038/nchembio.539

6. Banahene N., Gepford D.M., Biegas K.J., Swanson D.H., Hsu Y.P., Murphy B.A., Taylor Z.E., Lepori I., Siegrist M.S., Obregón-Henao A., et al. A Far-Red Molecular Rotor Fluorogenic Trehalose Probe for Live Mycobacteria Detection and Drug-Susceptibility Testing // Angew. Chem. Int. Ed. – 2023. – Vol. 62, № 2. – Р. 202213563. https://doi.org/10.1002/anie.202213563

7. Brown T., Chavent M., Im W. Molecular Modeling and Simulation of the Mycobacterial Cell Envelope: From Individual Components to Cell Envelope Assemblies // J. Phys. Chem. B. – 2023. – Vol. 127, № 51. – Р. 10941-10949. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.3c06136

8. Chen W.C., Chang C.C., Lin Y.E. Pulmonary Tuberculosis Diagnosis Using an Intelligent Microscopy Scanner and Image Recognition Model for Improved Acid-Fast Bacilli Detection in Smears // Microorganisms. – 2024. – Vol. 12, № 8. – Р. 1734. https://doi.org/10.3390/microorganisms12081734

9. Dinnes J., Deeks J., Kunst H., Gibson A., Cummins E., Waugh N., Drobniewski F., Lalvani A. A systematic review of rapid diagnostic tests for the detection of tuberculosis infection // Health Technol. Assess. – 2007. – Vol. 11, № 3. – Р. 1-196. https://doi.org/10.3310/hta11030

10. Dong B., He Z., Li Y., Xu X., Wang C., Zeng J. Improved Conventional and New Approaches in the Diagnosis of Tuberculosis // Front. Microbiol. – 2022. – № 13. – Р. 924410. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.924410

11. Eke I.E., Abramovitch R.B. Functions of nitroreductases in mycobacterial physiology and drug susceptibility // J. Bacteriol. – 2025. – № 207. – Р. e0032624. https://doi.org/10.1128/jb.00326-24

12. Geng P., Hong X., Li X., Ni D., Liu G. Optimization of nitrofuranyl calanolides for the fluorescent detection of Mycobacterium tuberculosis // Eur. J. Med. Chem. – 2022. – № 244. – Р. 114835. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2022.114835

13. Hong X., Geng P., Tian N., Li X., Gao M., Nie L., Sun Z., Liu G. From Bench to Clinic: A Nitroreductase Rv3368c-Responsive Cyanine-Based Probe for the Specific Detection of Live Mycobacterium tuberculosis // Anal. Chem. – 2024. – Vol. 96, № 4. – Р. 1576-1586. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c04293

14. Kalscheuer R., Koliwer-Brandl H. Genetics of Mycobacterial Trehalose Metabolism // Microbiol. Spectr. – 2014. – № 3. – Р. MGM2-0002-2013. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.MGM2-0002-2013

15. Kamariza M., Keyser S.G.L., Utz A., Knapp B.D., Ealand C., Ahn G., Cambier C.J., Chen T., Kana B., Huang K.C., Bertozzi C.R. Toward Point-of-Care Detection of Mycobacterium tuberculosis: A Brighter Solvatochromic Probe Detects Mycobacteria within Minutes // JACS Au. – 2021. – № 9. – Р. 1368-1379. https://doi.org/10.1021/jacsau.1c00173

16. Kamariza M., Shieh P., Bertozzi C.R. Imaging Mycobacterial Trehalose Glycolipids. In: Methods in Enzymology. 1st ed. Imperiali B., Ed. Academic Press: New York, NY, USA, 2018. рр. 355-369.

17. Kamariza M., Shieh P., Ealand C.S., Peters J.S., Chu B., Rodriguez-Rivera F.P., Babu Sait M.R., Treuren W.V., Martinson N., Kalscheuer R., et al. Rapid detection of Mycobacterium tuberculosis in sputum with a solvatochromic trehalose probe // Sci. Transl. Med. – 2018. – Vol. 10, № 430. – Р. eaam6310. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aam6310

18. Kobayashi H., Ogawa M., Alford R., Choyke P.L., Urano Y. New Strategies for Fluorescent Probe Design in Medical Diagnostic Imaging // Chem. Rev. – 2010. – Vol. 110, № 5. – Р. 2620-2640. https://doi.org/10.1021/cr900263j

19. Kumar G., Narayan R., Kapoor S. Chemical Tools for Illumination of Tuberculosis Biology, Virulence Mechanisms, and Diagnosis // J. Med. Chem. – 2020. – Vol. 63, № 24. – Р. 15308-15332. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.0c01337

20. Li Y.X., Xie D.T., Yang Y.X., Chen Z., Guo W.Y., Yang W.C. Development of Small-Molecule Fluorescent Probes Targeting Enzymes // Molecules. – 2022. – Vol. 27, № 14. – Р. 4501. https://doi.org/10.3390/molecules27144501

21. Liu G., Li X., Hong X., Geng P., Sun Z. Detecting Mycobacterium tuberculosis using a nitrofuranyl calanolide-trehalose probe based on nitroreductase Rv2466c // Chem. Commun. – 2021. – Vol. 97, № 57. – Р. 12688-12691. https://doi.org/10.1039/d1cc05187c

22. Liyanage S.H., Raviranga N.G.H., Ryan J.G., Shell S.S., Ramström O., Kalscheuer R., Yan M. Azide-Masked Fluorescence Turn-On Probe for Imaging Mycobacteria // JACS Au. – 2023. – Vol. 3, № 4. – Р. 1017-1028. https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00449

23. Mu R., Kong C., Yu W., Wang H., Ma Y., Li X., Wu J., Somersan-Karakaya S., Li H., Sun Z., et al. A Nitrooxidoreductase Rv2466c-dependent Fluorescent Probe for Rapid Mycobacterium tuberculosis Diagnosis and Drug Susceptibility Testing // ACS Infect. Dis. – 2019. – № 5. – Р. 1210-1219. https://doi.org/10.1021/acsinfecdis.9b00006

24. Murugasu-Oei B., Tay A., Dick T. Upregulation of stress response genes and ABC transporters in anaerobic stationary-phase Mycobacterium smegmatis // Mol. Gen. Genet. – 1999. – Vol. 262, № 4-5. – Р. 677-682. https://doi.org/10.1007/s004380051130

25. Negri A., Javidnia P., Mu R., Zhang X., Vendome J., Gold B., Roberts J., Barman D., Ioerger T., Sacchettini J.C., et al. Identification of a Mycothiol-Dependent Nitroreductase from Mycobacterium tuberculosis // ACS Infect. Dis. – 2018. – № 4. – Р. 771-787. https://doi.org/10.1021/acsinfecdis.7b00111

26. Rodriguez-Rivera F.P., Zhou X., Theriot J.A., Bertozzi C.R. Visualization of Mycobacterial Membrane Dynamics in Live Cells // J. Am. Chem. Soc. – 2017. – Vol. 139, № 9 – Р. 3488-3491

27. Stavropoulou K., Papanastasiou I.P. Overview of Small Molecules as Fluorescent Probes of Mycobacterium tuberculosis // ACS Omega. – 2024. – № 9. – Р. 31220-31227. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c01992

28. Steingart K.R., Henry M., Ng V., Hopewell P., Ramsay A., Cunningham J., Urbanczik R., Perkins M., Aziz M., Pai M. Fluorescence versus conventional sputum smear microscopy for tuberculosis: a systematic review // Lancet Infect. Dis. – 2006. – № 6. – Р. 570-581. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(06)70578-3

29. Swarts B.M., Holsclaw C.M., Jewett J.C., Alber M., Fox D.M., Siegrist M.S., Leary J.A., Kalscheuer R., Bertozzi C.R. Probing the mycobacterial trehalome with bioorthogonal chemistry // J. Am. Chem. Soc. –2012. – Vol. 134, № 9. – Р. 16123-16126.

30. Verschoor J.A., Baird M.S., Grooten J. Toward understanding the functional diversity of cell wall mycolic acids of Mycobacterium tuberculosis // Prog. Lipid Res. – 2012. – Vol. 51, № 4. – Р. 325-339. https://doi.org/10.1016/j.plipres.2012.05.002

31. Wells W.A., Boehme C.C., Cobelens F.G., Daniels C., Dowdy D., Gardiner E., Gheuens J., Kim P., Kimerling M., Kreiswirth B., et al. Alignment of new tuberculosis drug regimens and DST: a framework for action // Lancet Infect. Dis. – 2013. – № 13. – Р. 449-458. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(13)70025-2

32. World Health Organization. Global Tuberculosis Report 2024. Geneva: World Health Organization; 2024.

33. World Health Organization. WHO consolidated guidelines on tuberculosis. Module 3: diagnosis. Geneva: World Health Organization; 2025.

34. Wu Q., Zhu Y., Zhang Y., Liu Z., Zhang M., Chen J., Wu B. Evaluation and Comparison of Laboratory Methods in Diagnosing Mycobacterium tuberculosis and Nontuberculous Mycobacteria in 3012 Sputum Samples // Clin. Respir. J. – 2025. – № 19. – Р. e70071. https://doi.org/10.1111/crj.70071

35. Yang Z., Li J., Shen J., Cao H., Wang Y., Hu S., Du Y., Wang Y., Yan Z., Xie L., et al. Recent progress in tuberculosis diagnosis: insights into blood-based biomarkers and emerging technologies // Front. Cell. Infect. Microbiol. – 2025. – Р. 15. – Р. 1567592. https://doi.org/10.3389/fcimb.2025.1567592

36. Yuan L., Lin W., Zheng K., Zhu S. FRET-Based Small-Molecule Fluorescent Probes: Rational Design and Bioimaging Applications // Acc. Chem. Res. – 2013. – № 46. – Р. 1462-1473. https://doi.org/10.1021/ar300273v