rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2023-19-3-45-54rmjournal-402Research ArticleСтандартные образцыReference materialsСтандартные образцы качественных свойств биологических субстанцийReference Materials for Nominal Properties of Biological Substanceshttps://orcid.org/0000-0003-1251-5872МорозоваВ. В.MorozovaV. V.

Морозова Валерия Витальевна – лаборан; студент

Researcher ID: HJY-3009–2023

119361, г. Москва, ул. Озерная, 46

USA, 5241 N. Maple Ave. Fresno, CA 93740

Valeria V. Morozova – Laboratory Assistant; student 

Researcher ID: HJY-3009–2023

46 Ozernaya str., Moscow, 119361

USA, 5241 N. Maple Ave. Fresno, CA 93740

lerapuri@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6076-4569КулябинаЕ. В.KulyabinaE. V.

Кулябина Елена Валериевна –  канд. техн. наук, начальник  лаборатории 

Researcher ID: C-5857–2019

119361, г. Москва, ул. Озерная, 46

Elena V. Kulyabina –  Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory for Metrological Assurance of Biological and Information Technologies

Researcher ID C-5857–2019

46 Ozernaya str., Moscow, 119361

kuliabina@vniims.ruМорозовВ. Ю.MorozovV. Yu.

Морозов Виталий Юрьевич – менеджер проектов 

606400, Нижегородская область, г. Балахна, ул. Горького, 1

Vitaly Yu. Morozov –  Project Manager

1 Gorky str., Balakhna, Nizhny Novgorod region, 606400

vitmor50@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3923-5571КулябинаТ. В.KulyabinaT. V.

Кулябина Татьяна Валериевна –  канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник

119361, г. Москва, ул. Озерная, 46

Tatiana V. Kulyabina –  Cand. Sci. (Phys.-Math. Sci.), Leading Researcher

46 Ozernaya str., Moscow, 119361

t.kulyabina@vniims.ruФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы»; California State UniversityРоссияAll-Russian Scientific Research Institute of Metrological Service; California State UniversityRussian FederationФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы»РоссияAll-Russian Scientific Research Institute of Metrological ServiceRussian FederationАО «Волга»РоссияJSC «Volga»Russian Federation2023200720231934554Copyright © Морозова В.В., Кулябина Е.В., Морозов В.Ю., Кулябина Т.В., 20232023Морозова В.В., Кулябина Е.В., Морозов В.Ю., Кулябина Т.В.Morozova V.V., Kulyabina E.V., Morozov V.Y., Kulyabina T.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/402

Метрологическая прослеживаемость результатов исследований качественных свойств биологических субстанций является на сегодняшний день нерешенной задачей. В первую очередь, это связано с отсутствием ГСО качественных свойств, отсутствием требований и практик применения в области метрологии инструментов, обеспечивающих прослеживаемость результатов исследований качественных свойств, каковыми являются и последовательность нуклеотидов нуклеиновых кислот, ДНК, РНК, и цвет мочи, и буквенные коды.

В ходе проведенного исследования обоснована актуальность разработки теории, требований и практики применения в российской метрологии инструментов обеспечения прослеживаемости результатов исследований качественных свойств. Приведены различия между процессом измерений и процессом исследований качественных свойств. Предложен проект цепи метрологической прослеживаемости результата исследований качественных свойств к международному протоколу гармонизации с учетом того факта, что первичных эталонов качественных свойств не существует, так же как и не существует первичных референтных методик измерений качественных свойств. Приведены методы установления аттестованных характеристик стандартных образцов фрагмента митохондриальной ДНК человека и инактивированного штамма «ГК2020/1» коронавируса SARS-CoV-2, в том числе дополнительных характеристик качественного свойства «последовательность нуклеотидов нуклеиновых кислот». Таким образом, установлено, что неопределенность качественных свойств может быть выражена как вероятность или уровень доверия. Стандартные образцы качественных свойств представляют большой интерес в качестве средств метрологического обеспечения достоверности идентификации качественных свойств биологических субстанций, к которым в том числе относится последовательность нуклеотидов ДНК (гены) человека.

Основная значимость исследования состоит в создании предпосылок к применению приведенных в работе выводов для создания новой ветви метрологии, которая будет относится к созданию методов и средств обеспечения достоверных результатов определений качественных свойств веществ и материалов.

Metrological traceability of the research results of the nominal properties of biological substances is currently an unsolved problem. This is primarily due to the absence of CRMs for nominal properties, the lack of requirements and practices in the field of metrology for tools that ensure the traceability of the research results of nominal properties, such as the nucleotide sequence of nucleic acids, DNA, RNA, and the color of urine, and letter codes.

In the course of the research, the relevance of the development of the theory, requirements, and practice of using tools in Russian metrology to ensure the traceability of the research results of nominal properties is substantiated. Differences between the process of measurements and studies of nominal properties are given. A project of a metrological traceability chain of the research results of nominal properties to the international harmonization protocol is proposed, taking into account the fact that there are no primary standards of nominal properties, and there are no primary reference methods for measuring nominal properties. Methods for establishing the certified characteristics of reference materials of a fragment of human mitochondrial DNA and the inactivated strain «GK2020/1» of the coronavirus SARS-CoV-2, including additional characteristics of the nominal property «nucleotide sequence of nucleic acids», are presented. Thus, it has been established that the uncertainty of nominal properties can be expressed as a probability or level of confidence. In turn, reference materials of nominal properties are of high interest as a means of metrological assurance of the reliability of identification of the nominal properties of biological substances, which include the DNA nucleotide sequence (genes) of a human being. The main significance of the research is to create prerequisites for the application of the findings given in the work to create a new branch of metrology, which will be related to the creation of methods and means to ensure reliable results for determining the nominal properties of substances and materials.

качественные свойствастандартные образцы качественных свойствметрологическая просле живаемость качественных свойствJCTLMкритерии оценки качества стандартных образцов качественных свойствnominal propertiesreference materials for nominal propertiesmetrological traceability of nominal propertiesJCTLMcriteria for assessing the quality of reference materials for nominal propertiesАвторы выражают благодарность д-ру техн. наук, профессору Исаеву Льву Константиновичу за его бесценные советы относительно рассматриваемой темы; д-ру техн. наук Булыгину Федору Владиленовичу за активное участие в формировании научно-обоснованной позиции авторов; ведущему инженеру ФГБУ «ВНИИМС» Мелковой Ольге Николаевне; руководителю референсного центра по коронавирусной инфекции и лаборатории механизмов популяционной изменчивости патогенных микроорганизмов ФГБУ «НИЦЭМ им. Н. Ф. Гамалеи» Минздрава России, канд. биол. наук Гущину Владимиру Алексеевичу; заведующему лабораторией трансляционной биомедицины ФГБУ «НИЦЭМ им. Н. Ф. Гамалеи» Минздрава России, канд. биол. наук Ткачуку Артему Петровичу; а также ведущему сотруднику ФГБНУ «ВНИРО» Волкову Александру Анатольевичу и руководителю департамента мониторинга среды обитания, водных биоресурсов и продуктов их переработки ФГБНУ «ВНИРО» Фоминой Светлане Юрьевне, без которых данная работа не могла бы быть выполнена. Это исследование не получало финансовой поддержки в виде гранта от какой-либо организации государственного, коммерческого или некоммерческого сектора.The authors express their gratitude to Lev K. Isaev, Dr. Sci. (Eng.), Professor, for his invaluable advice on the topic under consideration; Fedor V. Bulygin, Dr. Sci. (Eng.), for active participation in the formation of scientifically grounded position of the authors; Olga N. Melkova, Leading Engineer, All-Russian Scientific Research Institute of Metrological Service; Vladimir A. Gushchin, Cand. Sci. (Biol.), Head of the Reference Center for Coronavirus Infection and the Laboratory of Mechanisms of Population Variability of Pathogenic Microorganisms, National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N. F. Gamaleya of the Ministry of Health of the Russian Federation; Artem P. Tkachuk, Cand. Sci. (Biol.), Head of the Laboratory of Translational Biomedicine, National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N. F. Gamaleya of the Ministry of Health of the Russian Federation; Alexander A. Volkov, Leading Researcher, Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography; and Svetlana Yu. Fomina, Head of the Department of Habitat Monitoring, Aquatic Biological Resources and Products of Their Processing, Research Institute of Fisheries and Oceanography, without whom this work could not have been completed.ReferencesFinishing the euchromatic sequence of the human genome / International Human Genome Sequencing Consortium // Nature. 2004. Vol. 431, № 7011. P. 931–945. https://doi.org/10.1038/nature03001Finishing the euchromatic sequence of the human genome / International Human Genome Sequencing. Nature. 2004;431(7011):931– 945. https://doi.org/10.1038/nature03001CCQM roadmap to metrology readiness for infectious disease pandemic response / Ju. Braybrooket [et al.] // ReearchGate. URL: https://www.researchgate.net/publication/364029856_CCQM_Roadmap_to_Metrology_Readiness_for_Infectious_Disease_Pandemic_Response (дата обращения: 08.11.2022).Braybrook Ju., Hugget J., Melanson J. E., Campbell J. CCQM roadmap to metrology readiness for infectious disease pandemic response. Available from: https://www.researchgate.net/publication/364029856_CCQM_Roadmap_to_Metrology_Readiness_for_Infectious_Disease_Pandemic_Response [Accessed 08 November 2022].В России создан стандартный образец штамма коронавируса // Консорциум Кодекс: официальный сайт. URL: https://cntd.ru/news/read/v-rossii-sozdan-standartnyy-obrazec-shtamma-koronavirusa?ysclid=le5nj09s3m572223264 (дата обращения: 08.11.2022).A standard sample of the coronavirus strain has been created in Russia. Konsortsium Kodeks [updated 2021 February 11]. Available from: https://cntd.ru/news/read/v-rossii-sozdan-standartnyy-obrazec-shtammakoronavirusa?ysclid=le5nj09s3m572223264 [Accessed 08 November 2022]. (In Russ.).DNA molecules as standard reference materials I: Development of DNA identification sequences and human mitochondrial DNA reference sequences / K. McKenney [et al.] // Journal of research of the National Institute of Standards and Technology. 1997. Vol. 102, № 1. P. 53–62. https://doi.org/10.6028/jres.102.005McKenney K., Hoskins J., Tian J., Reddy P. DNA molecules as standard reference materials I: Development of DNA identification sequences and human mitochondrial DNA reference sequences. Journal of research of the National Institute of Standards and Technology. 1997;102(1):53–62. https://doi.org/10.6028/jres.102.005Human Mitochondrial DNA – Amplification and Sequencing – Standard Reference Materials – SRM 2392 and SRM 2392-I / B. C. Levin [et al.] // NIST Special Publication 260–155. Standard Reference Materials. Washington: U. S. Government printing office, 2003. 93 p. URL: https://www.nist.gov/system/files/documents/srm/sp260–155.pdf (дата обращения: 08.11.2022).Levin B. C., Hancock D. K., Holland K. A., Cheng H., Richie K. L. Human Mitochondrial DNA – Amplification and Sequencing – Standard Reference Materials – SRM 2392 and SRM 2392-I. In: NIST Special Publication 260–155. Standard Reference Materials. Washington: U. S. Government printing office; 2003. 93 p. Available from: https://www.nist.gov/system/files/documents/srm/sp260–155.pdf (дата обращения: 08.11.2022).Developing the Korean human genomic DNA reference material for genomic sequencing / Yo.-K. Bae [et al.] // BIPM. URL: https://www.bipm.org/documents/20126/53306924/P20-J_YLee_JCTLM_2019_KRISS_Poster_Developing_the_Korean_human_genomic_DNA_reference_material.pdf/f47feb69-fd6a-6a5f-73d2–939716328559 (дата обращения: 08.11.2022).Yo.-K. Bae, Kim J., Sung J., Yang I. Developing the Korean human genomic DNA reference material for genomic sequencing. In: BIPM. Available from: https://www.bipm.org/documents/20126/53306924/P20-J_YLee_JCTLM_2019_KRISS_Poster_Developing_the_Korean_human_genomic_DNA_reference_material.pdf/f47feb69-fd6a-6a5f-73d2–939716328559 [Accessed 08 November 2022].Vocabulary on nominal property, examination, and related concepts for clinical laboratory sciences (IFCC–IUPAC Recommendations 2017) / G. Nordin [et al.] // Pure and Applied Chemistry. 2018. Vol. 90, № 5. P. 913–935. https://doi.org/10.1515/pac-2011–0613Nordin G., Dybkaer R., Forsum U., Fuentes-Arderiu X., Pontet F. Vocabulary on nominal property, examination, and related concepts for clinical laboratory sciences (IFCC–IUPAC Recommendations 2017). Pure and Applied Chemistry. 2018;90(5):913–935. https://doi.org/10.1515/pac-2011–0613О возможности создания цепи метрологической прослеживаемости результатов исследований качественных свойств биологических субстанций / Е. В. Кулябина [и др.] // Законодательная и прикладная метрология. 2022. № 5. С. 39–45.Kulyabina E. V., Morozova V. V., Morozov V. Yu., Kulyabina T. V. On the possibility of creating a metrological traceability chain of the research results of nominal properties of biological substances. Zakonodatelnaia i Prikladnaia Metrologiia. 2022;5:39–45. (In Russ.).Diagnostic testing for severe acute respiratory syndrome–related coronavirus-2: a narrative review / M. P. Cheng [et al.] // Annals Internal Medicine. 2020. Vol. 172, № 11. P. 726–734. https://doi.org/10.7326/M20–1301Cheng M. P., Papenburg J., Desjardins M., Kanjilal S., Quach C., Libman M. et al. Diagnostic testing for severe acute respiratory syndrome–related coronavirus-2: a narrative review / Annals Internal Medicine. 2020;172(11):726–734. https://doi.org/10.7326/M20–1301Recent advances and perspectives of nucleic acid detection for coronavirus / M. Shen [et al.] // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2020. Vol. 10, № 2. P. 97–101. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2020.02.010Shen M., Zhou Y., Ye J., Abdullah Al-Maskri A. A., Kang Y., Zeng S. et al. Recent advances and perspectives of nucleic acid detection for coronavirus. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2020;10(2):97–101. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2020.02.010Considerations for the development of a reference method for sequencing of haploid DNA-an opinion paper on behalf of the IFCC Committee on Molecular Diagnostics, International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine / F. Rousseau [et al.] // Clinical Chemistry and Laboratory Medicine. 2009. Vol. 47, № 11. P. 1343–1350. https://doi.org/10.1515/CCLM.2009.319Rousseau F., Gancberg D., Schimmel H., Neumaier M., Bureau A., Mamotte C. et al. Considerations for the development of a reference method for sequencing of haploid DNA-an opinion paper on behalf of the IFCC Committee on Molecular Diagnostics, International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine. 2009;47(11):1343–1350. https://doi.org/10.1515/CCLM.2009.319JCTML-EC-07 Annex II. JCTLM WGI. Nucleic acid review team: Criteria to assess the quality of nominated nucleic acid reference materials with stated nominal properties. 2003. URL: https://www.bipm.org/documents/20126/53185286/JCTLM-EC-07_Annex_II.pdf/fd696763–8247-f607–957f-13f7f778ea5a (дата обращения: 08.11.2022).JCTML-EC-07 Annex II. JCTLM WGI. Nucleic acid review team: Criteria to assess the quality of nominated nucleic acid reference materials with stated nominal properties. 2003. Available from: https://www.bipm.org/documents/20126/53185286/JCTLM-EC-07_Annex_II.pdf/fd696763–8247-f607–957f-13f7f778ea5a [Accessed 08 November 2022].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.