Làm thế nào một protein CRISPR có thể mang lại các xét nghiệm mới cho nhiều loại vi-rút

Với khả năng nhắm mục tiêu vào rất nhiều loại vật liệu di truyền, khám phá này có tiềm năng phát triển các xét nghiệm chẩn đoán tại nhà mới rẻ tiền và có độ nhạy cao đối với nhiều loại bệnh truyền nhiễm, bao gồm COVID-19, cúm, Ebola và Zika, theo cho các tác giả của một nghiên cứu mới trên tạp chí Nature .

Bằng cách sử dụng một kỹ thuật hình ảnh có độ phân giải cao gọi là cryo-EM, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi protein này, có tên là Cas12a2, liên kết với một chuỗi vật liệu di truyền cụ thể từ một loại vi-rút nguy hiểm tiềm ẩn, được gọi là RNA đích, thì một phần bên của Cas12a2 sẽ di chuyển ra ngoài. tiết lộ một trang web đang hoạt động, tương tự như một con dao có lưỡi gạt mở bung. Sau đó, vị trí hoạt động bắt đầu cắt bừa bãi bất kỳ vật liệu di truyền nào mà nó tiếp xúc. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, với một đột biến duy nhất đối với protein Cas12a2, vị trí hoạt động chỉ phân hủy DNA sợi đơn - một tính năng đặc biệt hữu ích trong việc phát triển các chẩn đoán mới phù hợp với bất kỳ loại vi rút nào.

Xét nghiệm dựa trên công nghệ này về mặt lý thuyết có thể kết hợp các tính năng tốt nhất của xét nghiệm dựa trên PCR phát hiện vật chất di truyền từ vi-rút (độ nhạy cao, độ chính xác cao và khả năng phát hiện nhiễm trùng đang hoạt động) với các tính năng tốt nhất của xét nghiệm chẩn đoán nhanh tại nhà (không tốn kém để sản xuất mà không yêu cầu thiết bị phòng thí nghiệm chuyên dụng). Nó cũng sẽ dễ dàng thích ứng với bất kỳ loại virus RNA mới nào.

David Taylor, phó giáo sư khoa học sinh học phân tử cho biết: “Nếu một số loại virus mới xuất hiện vào ngày mai, tất cả những gì bạn phải làm là tìm ra bộ gen của nó và sau đó thay đổi RNA hướng dẫn trong bài kiểm tra của bạn, và bạn sẽ có một bài kiểm tra chống lại nó”. tại Đại học Texas ở Austin và đồng tác giả của nghiên cứu mới.

Chẩn đoán như vậy vẫn sẽ yêu cầu công việc riêng biệt và có thể liên quan đến việc thu thập nước bọt hoặc mẫu mũi từ bệnh nhân để trộn với protein Cas12a2 đã được sửa đổi của nhóm, đoạn RNA hướng dẫn hoạt động giống như ảnh chụp để xác định một loại vi-rút cụ thể và đầu dò huỳnh quang. được thiết kế để phát sáng khi DNA sợi đơn của nó bị cắt.

CRISPR là tên của một bộ công cụ xuất hiện tự nhiên ở vi khuẩn, nhưng các nhà khoa học đã điều chỉnh để sử dụng trong chỉnh sửa gen. Đây là protein CRISPR đầu tiên được phát hiện có khả năng phân hủy nhiều loại vật chất di truyền như vậy.

Jack Bravo, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại UT Austin và đồng tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Cas12a2 về cơ bản nắm lấy hai đầu của chuỗi xoắn kép DNA và uốn cong nó thật chặt. "Và do đó, chuỗi xoắn ở giữa bật ra và sau đó điều này cho phép vị trí hoạt động này phá hủy các bit DNA trở thành chuỗi đơn. Đây là điều khiến Cas12a2 khác biệt với tất cả các hệ thống nhắm mục tiêu DNA khác."

Đồng tác giả của bài báo là Ryan Jackson và đồng tác giả đầu tiên Thomson Hallmark, cả hai đều thuộc Đại học Bang Utah. Các đồng tác giả khác là Bronson Naegle của Bang Utah và Chase Beisel của Trung tâm Nghiên cứu Nhiễm trùng Helmholtz và Đại học Würzburg ở Đức.

Dữ liệu cấu trúc được thu thập bằng cách sử dụng các cơ sở cryo-EM tại Phòng thí nghiệm Sinh học Cấu trúc Sauer tại Đại học Texas ở Austin.

Taylor, Bravo, Hallmark và Jackson là những người phát minh ra đơn xin cấp bằng sáng chế bao gồm các sửa đổi đối với protein Cas12a2 cho phép nó chỉ cắt DNA sợi đơn và để sử dụng trong chẩn đoán. Văn phòng Thương mại Công nghệ UT Austin đang quản lý tài sản trí tuệ và làm việc để tìm các đối tác trong ngành có thể giúp nhận ra tiềm năng của công nghệ.

Công trình này được hỗ trợ một phần bởi Viện Khoa học Y khoa Tổng quát Quốc gia thuộc Viện Y tế Quốc gia, Cơ quan Đổi mới Đột phá Liên bang Đức, Quỹ Welch, và Quỹ Robert J. Kleberg, Jr. và Helen C. Kleberg. David Taylor là một học giả CPRIT được hỗ trợ bởi Viện Nghiên cứu và Phòng ngừa Ung thư Texas.

Một bài báo đồng hành trong cùng số tạp chí Nature mô tả các chức năng sinh học của Cas12a2, trong khi bài báo được mô tả trong bản tin này mô tả các cơ chế mà protein này hoàn thành chúng.

Nguồn Đại học Texas ở Austin