Большинство традиционных методов молекулярной диагностики обычно обнаруживают только один биомаркер, связанный с заболеванием. Прекрасным примером являются тесты ПЦР, которые в настоящее время используются для диагностики COVID-19 путем обнаружения определенной последовательности из SARS-CoV-2.

Такие так называемые одноплексные методы обеспечивают надежные результаты, поскольку они «откалиброваны» по одному биомаркеру. Однако определение того, инфицирован ли пациент новым вариантом SARS-CoV-2 или совершенно другим патогеном, требует одновременного исследования множества различных биомаркеров.

Ученые из Института Гельмгольца по исследованию инфекций на основе РНК (HIRI) и Университета Юлиуса Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге проложили путь к совершенно новой диагностической платформе с помощью LEOPARD. Это основанный на CRISPR метод, который обладает высокой степенью мультиплексирования и может обнаруживать множество биомаркеров, связанных с заболеванием, всего за один тест.

Как работает LEOPARD

LEOPARD, что означает «Использование инженерных тракрРНК и ДНК-мишени для обнаружения параллельной РНК», основан на открытии того, что разрезание ДНК Cas9 может быть связано с присутствием специфической рибонуклеиновой кислоты (РНК). Эта ссылка позволяет LEOPARD обнаруживать сразу несколько РНК, открывая возможности для одновременного обнаружения РНК вирусов и других патогенов в образце пациента.

Исследование, опубликованное сегодня в журнале "Science", было инициировано Чейзом Бейзелем, профессором JMU и руководителем исследовательской группы HIRI, и профессором Синтией Шарма из Института биологии молекулярных инфекций (IMIB) JMU. «С помощью LEOPARD нам удалось обнаружить фрагменты РНК от девяти различных вирусов», – говорит Байзель. «Мы также смогли дифференцировать SARS-CoV-2 и один из его вариантов в образце пациента, подтвердив, что каждый образец был правильно взят из образца. пациент "

Справочная информация

CRISPR-Cas9 в основном известен как биомолекулярный инструмент для редактирования генома. Здесь CRISPR-Cas9 функционирует как молекулярные ножницы, которые разрезают определенные последовательности ДНК. Эти же ножницы естественным образом используются бактериями для разрезания ДНК, связанной с вторгающимися вирусами.

Независимо от того, редактируете ли вы геномы или уничтожаете вирусы, разрезание Cas9 направляется направляющими РНК. Направляющие РНК, обнаруженные в бактериях, должны сочетаться с отдельной РНК, называемой tracrRNA. Затем пара РНК может работать с Cas9 для прямого разрезания ДНК.

Неожиданное открытие

Считалось, что tracrRNA спаривается только с направляющими РНК, поступающими из противовирусной системы. Однако ученые из Вюрцбурга обнаружили, что tracrRNA спаривается с другими РНК, превращая их в направляющие РНК.

Когда мы искали РНК, связывающуюся с Cas9 в нашем модельном организме Campylobacter, мы неожиданно обнаружили, что мы обнаружили не только направляющие РНК, но и другие фрагменты РНК в клетке, которые выглядели как направляющие РНК. TracrRNA спаривалась с этими РНК, что приводило к «неканоническим» направляющим РНК, которые могли направлять разрезание ДНК с помощью Cas9 »

Синтия Шарма, заведующая кафедрой биологии молекулярных инфекций II, Институт биологии молекулярных инфекций

Шарма также представитель Исследовательского центра инфекционных заболеваний (ZINF) в JMU. Диагностическая платформа LEOPARD основана на этом открытии. «Мы выяснили, как перепрограммировать tracrRNA, чтобы решить, какие РНК станут направляющими РНК», – говорит Бейзель

.

«Контролируя набор совпадающих ДНК, мы можем определить, какие РНК присутствовали в образце, на основании того, какие ДНК были разрезаны. В рамках продолжающейся пандемии LEOPARD может позволить врачу выяснить, инфицирован ли пациент SARS-CoV-2, если это уникальный вариант, и был ли образец взят правильно или его необходимо повторить – все в одном тесте ».

В будущем производительность LEOPARD может превзойти даже мультиплексированные тесты ПЦР и другие методы. «Эта технология может произвести революцию в медицинской диагностике не только инфекционных заболеваний и устойчивости к антибиотикам, но также рака и редких генетических заболеваний», – говорит Оливер Курзай, директор Института гигиены и микробиологии JMU, предоставившего образцы пациентов для исследования.

«Работа подчеркивает отличные совместные и междисциплинарные исследования, проводимые здесь, в Вюрцбурге», – говорит Йорг Фогель, директор IMIB и HIRI, совместного учреждения JMU с Центром исследований инфекций им. Гельмгольца в Брауншвейге. «LEOPARD убедительно демонстрирует, что мы можем охватить весь спектр дополнительных передовых исследований в Вюрцбурге, от основ исследования РНК до клинических приложений»

Source link