Naslovnica SCI-TECH Laboratorijski inženjer Cas13 da pojednostavi identifikaciju koronavirusa — ScienceDaily

Laboratorijski inženjer Cas13 da pojednostavi identifikaciju koronavirusa — ScienceDaily

59
0

Dizajnirana metoda zasnovana na CRISPR-u koja pronalazi RNK iz SARS-CoV-2, virusa koji uzrokuje COVID-19, obećava da će testiranje na tu i druge bolesti učiniti brzim i lakim.

Saradnici sa Univerziteta Rice i Univerziteta u Konektikatu dodatno su konstruirali sistem CRISPR-Cas13 za uređivanje RNK kako bi povećali njihovu moć za otkrivanje sitnih količina virusa SARS-CoV-2 u biološkim uzorcima bez dugotrajne ekstrakcije RNK i koraka amplifikacije koji je potreban u zlatni standard PCR testiranja.

Nova platforma bila je vrlo uspješna u poređenju s PCR-om, pronašla je 10 od 11 pozitivnih i nijednu lažno pozitivnu na virus u testovima na kliničkim uzorcima direktno iz briseva nosa. Istraživači su pokazali da njihova tehnika pronalazi znakove SARS-CoV-2 u atomolarnom (10-18) koncentracije.

Studija koju je vodio hemijski i biomolekularni inženjer Xue Sherry Gao na Riceovoj školi inženjeringa George R. Brown i postdoktorski istraživači Jie Yang iz Ricea i Yang Song iz Connecticuta pojavljuje se u Nature Chemical Biology.

Cas13, kao i njegov poznatiji rođak Cas9, dio je sistema kojim se bakterije prirodno brane od invazije faga. Od svog otkrića, CRISPR-Cas9 su naučnici prilagodili za uređivanje živih DNK genoma i pokazuje veliko obećanje za liječenje, pa čak i liječenje bolesti.

A može se koristiti i na druge načine. Cas13 se sam po sebi može poboljšati vodećim RNK kako bi se pronašle i isjekle sekvence ciljne RNK, ali i za pronalaženje “kolaterala”, u ovom slučaju prisutnost virusa poput SARS-CoV-2.

„Projektiran Cas13 protein u ovom radu može se lako prilagoditi drugim prethodno uspostavljenim platformama“, rekao je Gao. „Stabilnost i robusnost dizajniranih varijanti Cas13 čini ih pogodnijim za dijagnostiku na licu mjesta u područjima sa niskim resursima kada skupi PCR strojevi nisu dostupni.”

Yang je rekao da divlji tip Cas13, izvučen iz bakterije Leptotrichia wadei, ne može otkriti atomolarni nivo virusne RNK u vremenskom okviru od 30 do 60 minuta, ali poboljšana verzija kreirana u Riceu obavi posao za oko pola sata i detektuje SARS -CoV-2 u znatno nižim koncentracijama od prethodnih testova.

Rekla je da je ključ dobro skrivena, fleksibilna ukosnica u blizini Cas13-ovog aktivnog mjesta. “Nalazi se u sredini proteina u blizini katalitičkog mjesta koje određuje aktivnost Cas13”, rekao je Yang. “Budući da je Cas13 velik i dinamičan, bilo je izazovno pronaći mjesto za umetanje druge funkcionalne domene.”

Istraživači su spojili sedam različitih domena vezanih za RNK u petlju, a dva kompleksa su bila očigledno superiornija. Kada bi pronašli svoje mete, proteini bi fluorescirali, otkrivajući prisustvo virusa.

“Mogli smo vidjeti da je povećana aktivnost bila pet ili šest puta u odnosu na divlji tip Cas13”, rekao je Yang. „Ovaj broj izgleda mali, ali je prilično zapanjujući s jednim korakom proteinskog inženjeringa.

„Ali to još uvijek nije bilo dovoljno za detekciju, pa smo cijeli test premjestili sa čitača fluorescentnih ploča, koji je prilično velik i nije dostupan u postavkama s niskim resursima, na elektrohemijski senzor, koji ima veću osjetljivost i može se koristiti za tačku. -dijagnostika nege”, rekla je.

Sa standardnim senzorom, Yang je rekao da je konstruirani protein bio pet redova veličine osjetljiviji u otkrivanju virusa u odnosu na protein divljeg tipa.

Laboratorija želi prilagoditi svoju tehnologiju papirnim trakama poput onih u kućnim testovima na antitijela na COVID-19, ali s mnogo većom osjetljivošću i preciznošću. „Nadamo se da će to učiniti testiranje praktičnijim i sa nižim troškovima za mnoge mete“, rekao je Gao.

Istraživači također istražuju poboljšano otkrivanje virusa Zika, denga i ebole i prediktivne biomarkere za kardiovaskularne bolesti. Njihov rad mogao bi dovesti do brze dijagnoze težine COVID-19.

“Različiti virusi imaju različite sekvence”, rekao je Yang. “Možemo dizajnirati vodeći RNK da cilja specifičnu sekvencu koju onda možemo otkriti, a to je snaga CRISPR-Cas13 sistema.”

Ali budući da je projekat započeo baš kada je pandemija zavladala, SARS-CoV-2 je bio prirodni fokus. “Tehnologija je prilično pogodna za sve mete”, rekla je. “To ga čini vrlo dobrom opcijom za otkrivanje svih vrsta mutacija ili različitih koronavirusa.”

“Veoma smo uzbuđeni zbog ovog rada kao kombinovanog napora biologije strukture, proteinskog inženjeringa i razvoja biomedicinskih uređaja”, dodao je Gao. “Veoma cijenim sve napore članova moje laboratorije i saradnika.”

Koautori rada su Riceov postdoktorski istraživač Xiangyu Deng, dodiplomski Jeffrey Vanegas i diplomirani student Zheng You; postdiplomci Yuxuan Zhang i Zhengyan Weng sa Univerziteta Connecticut; supervizor mikrobiologije Lori Avery i Kevin Dieckhaus, profesor medicine, UConn Health; Yi Zhang, docent biomedicinskog inženjerstva na Univerzitetu Connecticut; i Yang Gao, docent za bionauke na Riceu.

Xue Sherry Gao je docent prava Teda N. za hemijsko i biomolekularno inženjerstvo u Riceu.

Nacionalna naučna fondacija (2031242, 2103025), Welch fondacija (C-1952, C-2033-20200401) i Institut za prevenciju i istraživanje raka u Teksasu (RR190046) podržali su istraživanje.


Izvor: www.sciencedaily.com


Pratite nas na Facebook-u | Twitter-u | YouTube-u

WPAP (8847)