Учёные создали метод быстрого обнаружения метаболитов с помощью секвенирования ДНК

Исследователи из Университета Торонто изобрели новый метод измерения метаболитов с использованием секвенирования ДНК. Это позволяет проводить быстрый и точный анализ биологических соединений, таких как сахара, витамины, гормоны и сотни других метаболитов, критически важных для здоровья.

Новая платформа для секвенирования малых молекул, названная "smol-seq", использует короткие нити ДНК — аптамеры — для обнаружения метаболитов. Каждый аптамер создан для связывания с целевым метаболитом и несёт уникальный ДНК-штрихкод.

"Нам нужно измерять метаболиты из-за их роли в нашем здоровье, но изучать этот широкий спектр молекул очень сложно", — сказала Джун Тан, первый автор исследования. — "До сих пор масс-спектрометрия была золотым стандартом для измерения уровня метаболитов, но она не так доступна и быстра, как методы, секвенирующие ДНК. Мы хотели разработать метод, который обнаруживает метаболиты с помощью секвенирования ДНК, чтобы использовать эту невероятную мощность секвенирования".

Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology.

Когда аптамер связывается со своей мишенью, его структура изменяется, высвобождая ДНК-штрихкод. Например, аптамер, обнаруживающий глюкозу, высвобождает один штрихкод, а аптамер, распознающий гормон стресса кортизол, — другой.

Это означает, что можно определить, какие аптамеры нашли свои цели, просто секвенируя высвобожденные штрихкоды. Чем больше целевого метаболита в образце, тем больше высвобождается соответствующего штрихкода, что позволяет исследователям измерять концентрацию различных молекул в смеси.

"Учёные ранее использовали аптамеры для измерения метаболитов, но в основном с помощью методов, позволяющих измерять лишь несколько метаболитов за раз", — отметила Тан. — "Мы поняли, что если использовать ДНК-штрихкоды в качестве меток для метаболитов, мы можем измерять сотни или даже тысячи метаболитов одновременно".

Теперь, когда платформа smol-seq работает, следующий шаг — разработка аптамеров для метаболитов с биомедицинским потенциалом. В конечном итоге расширяющаяся база данных аптамеров позволит использовать машинное обучение для прогнозирования дизайна аптамеров, связывающихся с новыми мишенями-метаболитами.

Помимо расширения базы данных аптамеров, исследовательская группа будет совершенствовать платформу, чтобы повысить точность связывания аптамеров с их мишенями. Этого можно достичь за счёт уточнения разработки аптамеров на уровне нуклеиновых кислот — степень специфичности, которая понадобится по мере увеличения числа метаболитов, которые можно изучать с помощью платформы.

"Секвенирование ДНК сегодня в миллионы раз быстрее, чем 20 лет назад, и мы хотели использовать эту мощность для обнаружения метаболитов", — сказал Эндрю Фрейзер, руководитель исследования. — "Smol-seq может преобразовать диагностику и биотехнологию, сделав обнаружение метаболитов таким же простым и быстрым, как секвенирование ДНК".