כלי לעריכת RNA בדיקה מהירה ורגישה ל-COVID-19: מהנדס מעבדות Cas13 כדי לפשט את הזיהוי של נגיף הקורונה

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


שיטה מהונדסת מבוססת CRISPR שמוצאת RNA מ-SARS-CoV-2, הנגיף שגורם ל-COVID-19, מבטיחה להפוך את הבדיקות למחלות זה ולמחלות אחרות למהיר וקלה.

משתפי פעולה באוניברסיטת רייס ובאוניברסיטת קונטיקט עוד הנדסו את מערכת CRISPR-Cas13 לעריכת RNA כדי להגביר את הכוח שלהם לאיתור כמויות דקות של נגיף SARS-CoV-2 בדגימות ביולוגיות ללא שלב מיצוי והגברה של RNA שגוזל זמן רב. בדיקת PCR בתקן זהב.

הפלטפורמה החדשה זכתה להצלחה רבה בהשוואה ל-PCR, ומצאה 10 מתוך 11 תוצאות חיוביות וללא תוצאות חיוביות כוזבות לנגיף בבדיקות של דגימות קליניות ישירות ממשטחי אף. החוקרים הראו שהטכניקה שלהם מוצאת סימנים של SARS-CoV-2 באטומולר (10-18) ריכוזים.

המחקר בראשות המהנדסת הכימית והביו-מולקולרית שוה שרי גאו בבית הספר להנדסה ג'ורג' ר. בראון של רייס והחוקרים הפוסט-דוקטורנטים ג'י יאנג מאורז ויאנג סונג מקונטיקט מופיע ב-Nature Chemical Biology.

Cas13, כמו בן דודו הידוע יותר Cas9, הוא חלק מהמערכת שבאמצעותה חיידקים מתגוננים באופן טבעי מפני פאג'ים פולשים. מאז גילויו, CRISPR-Cas9 הותאם על ידי מדענים לעריכת גנום DNA חי ומראה הבטחה גדולה לטיפול ואף לרפא מחלות.

וניתן להשתמש בו בדרכים אחרות. ניתן לשפר את Cas13 בפני עצמו עם RNA מנחה כדי למצוא ולחתוך רצפי RNA מטרה, אבל גם כדי למצוא "בטחונות", במקרה זה נוכחות של וירוסים כמו SARS-CoV-2.

"את החלבון המהונדס Cas13 בעבודה זו ניתן להתאים בקלות לפלטפורמות אחרות שהוקמו בעבר", אמר גאו. "היציבות והחוסן של גרסאות Cas13 מהונדסים הופכים אותם למתאימים יותר לאבחון נקודתי באזורים בעלי משאבים נמוכים כאשר מכונות PCR יקרות אינן זמינות."

יאנג אמר כי Cas13 מסוג פרא, שנלקח מחיידק, Leptotrichia wadei, אינו יכול לזהות רמה אטומולרית של RNA ויראלי בתוך מסגרת זמן של 30 עד 60 דקות, אך הגרסה המשופרת שנוצרה ברייס עושה את העבודה תוך כחצי שעה ומזהה SARS -CoV-2 בריכוזים נמוכים בהרבה מהבדיקות הקודמות.

היא אמרה שהמפתח הוא לולאת סיכת ראש מוסתרת היטב וגמישה ליד האתר הפעיל של Cas13. "זה באמצע החלבון ליד האתר הקטליטי שקובע את הפעילות של Cas13", אמר יאנג. "מכיוון ש-Cas13 הוא גדול ודינמי, זה היה מאתגר למצוא אתר להכנסת דומיין פונקציונלי אחר."

החוקרים איחו שבעה תחומים שונים הקשורים ל-RNA ללולאה, ושניים מהמתחמים היו עדיפים בעליל. כשהם מצאו את המטרות שלהם, החלבונים היו מקרינים וחושפים את נוכחות הנגיף.

"יכולנו לראות שהפעילות המוגברת הייתה פי חמישה או שישה לעומת Cas13 מסוג פרא", אמר יאנג. "המספר הזה נראה קטן, אבל זה די מדהים עם שלב אחד של הנדסת חלבון.

"אבל זה עדיין לא הספיק לזיהוי, אז העברנו את כל המבחן מקורא לוחות פלואורסצנטי, שהוא די גדול ואינו זמין בהגדרות של משאבים נמוכים, לחיישן אלקטרוכימי, בעל רגישות גבוהה יותר וניתן להשתמש בו לנקודת מבט. אבחון של טיפול," היא אמרה.

עם חיישן המדף, יאנג אמר שהחלבון המהונדס היה רגיש יותר בחמישה סדרי גודל בזיהוי הנגיף בהשוואה לחלבון מהסוג הבר.

המעבדה רוצה להתאים את הטכנולוגיה שלה לרצועות נייר כמו אלו בבדיקות נוגדנים ביתיות ל-COVID-19, אבל עם רגישות ודיוק הרבה יותר גבוהים. "אנו מקווים שזה יהפוך את הבדיקה לנוחה יותר ובעלות נמוכה יותר עבור יעדים רבים", אמר גאו.

החוקרים חוקרים גם זיהוי משופר של נגיפי זיקה, דנגי ואבולה וסמנים ביולוגיים מנבאים למחלות לב וכלי דם. עבודתם עלולה להוביל לאבחון מהיר של חומרת COVID-19.

"לוירוסים שונים יש רצפים שונים", אמר יאנג. "אנחנו יכולים לעצב RNA מנחה כדי למקד לרצף ספציפי שנוכל לזהות אז, וזה הכוח של מערכת CRISPR-Cas13."

אבל מכיוון שהפרויקט התחיל בדיוק כשהמגיפה השתלטה, SARS-CoV-2 היה מוקד טבעי. "הטכנולוגיה די מתאימה לכל המטרות", אמרה. "זה הופך את זה לאופציה טובה מאוד לזהות כל מיני מוטציות או נגיפים שונים."

"אנחנו מאוד נרגשים מהעבודה הזו כמאמץ משולב של ביולוגיה של מבנה, הנדסת חלבונים ופיתוח מכשירים ביו-רפואיים", הוסיף גאו. "אני מעריך מאוד את כל המאמצים מחברי המעבדה ומשתפי הפעולה שלי".

מחברי המאמר הם חוקר הפוסט-דוקטורט של רייס Xiangyu Deng, בוגר תואר ראשון ג'פרי Vanegas והסטודנט לתואר שני Zheng You; סטודנטים לתארים מתקדמים יוקסואן ז'אנג וג'נגיאן וונג מאוניברסיטת קונטיקט; מפקחת המיקרוביולוגיה לורי אייברי וקווין דיקהאוס, פרופסור לרפואה, מ-UConn Health; יי ג'אנג, עוזר פרופסור להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת קונטיקט; ויאנג גאו, עוזר פרופסור למדעי הביו ב-Rice.

שוה שרי גאו היא עוזרת פרופסור למשפטים של טד נ. להנדסה כימית וביו-מולקולרית ברייס.

הקרן הלאומית למדע (2031242, 2103025), קרן Welch (C-1952, C-2033-20200401), והמכון למניעת סרטן ולמחקר של טקסס (RR190046) תמכו במחקר.



קישור לכתבת המקור – 2022-09-22 19:44:22

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר