Ученые разработали новое поколение ДНК-тестов для широкого спектра применений

Исследовательская группа под руководством доктора Эдварда Кёртиса разработала два новых типа каталитических молекул ДНК (дезоксирибозимов), которые могут выявлять присутствие целевых молекул с помощью флуоресценции или цвета. Также было разработано несколько типов сенсоров, один из которых использовали для идентификации низкомолекулярных ингибиторов рибонуклеазы SARS-CoV-2 в высокопроизводительном скрининге.

Результаты их исследований были опубликованы в виде двух статей в ведущем научном журнале Nucleic Acids Research.

Команда Эдварда Кёртиса давно признала значительный функциональный потенциал нуклеиновых кислот. Раньше считалось, что основные функции ДНК и РНК — хранение и передача генетической информации. Однако теперь стало ясно, что эти замечательные полимеры способны на большее, включая связывание целевых молекул с высокой аффинностью и специфичностью и даже катализ химических реакций.

Открытие молекул ДНК или РНК с желаемой функцией облегчает мощная техника направленной эволюции. Основная идея — создать огромную библиотеку, обычно содержащую квадриллион (10¹⁵) или более случайных последовательностей ДНК или РНК, и очистить члены библиотеки с желаемой активностью с помощью нескольких раундов отбора и амплификации.

В своей последней работе ученые из группы Кёртиса использовали направленную эволюцию для обнаружения новых флуоресцентных и колориметрических дезоксирибозимов. Они также разработали несколько различных способов превращения этих дезоксирибозимов в сенсоры, которые активны только в присутствии целевой молекулы.

Один сенсор успешно использовали для обнаружения ингибиторов ферментов в высокопроизводительном скрининге, а другие разрабатывают для идентификации молекул, указывающих на определенные заболевания.

Аспирант Мартин Волек, первый автор статьи, объясняет: «Наши новые ДНК-ферменты называются Аврора и Аполлон. Аврора генерирует пурпурную флуоресценцию, а Аполлон производит желтый цвет.

«Аврора более чувствительна, но желтый сигнал от Аполлона можно обнаружить глазом без специального оборудования. Это может быть особенно полезно для диагностических тестов в случаях, когда ресурсы или обученный персонал ограничены, предоставляя более дешевый и простой вариант».

Эдвард Кёртис, возглавляющий исследовательскую группу «Функциональный потенциал нуклеиновых кислот» в ИОХБ Праги, ссылается на опыт, полученный во время пандемии COVID-19, когда использовали ПЦР- и антигенные тесты. Хотя ПЦР-тесты чрезвычайно чувствительны, их использовали реже, чем антигенные тесты, которые были дешевле и могли применяться практически кем угодно и где угодно.

Аналогично, возможно, что диагностические наборы с использованием ДНК-фермента Аполлон, который генерирует желтый продукт, обнаруживаемый глазом, в конечном итоге могут быть использованы для подобных применений.

«Если будет еще одна пандемия, мы хотим быть лучше подготовлены, чем к предыдущей», — объясняет Кёртис. Он добавляет: «Часть этого — способность быстро генерировать тесты для разных типов мишеней».

Он и его коллеги сейчас работают над созданием пилотного сенсора для обнаружения вирусов, и использование каталитической ДНК для этой цели определенно кажется рентабельным и простым.