Un equipo de científicos del Broad Institute of MIT y Harvard, el McGovern Institute for Brain Research en MIT, el Institute for Medical Engineering & Science en MIT y el Wyss Institute for Biological Inspired Engineering en Harvard University ha adaptado una proteína CRISPRque se dirige al ARN en lugar del ADN como una herramienta de diagnóstico rápida, económica y altamente sensible con el potencial de un efecto transformador en la investigación y la salud pública global.
En un estudio publicado en ciencia , los miembros del Instituto Broad Feng Zhang, Jim Collins, Deb Hung, Aviv Regev y Pardis Sabeti describen cómo esta enzima CRISPR dirigida al ARN se aprovechó como un detector altamente sensible, capaz de indicar la presencia de tan solo una moléculade una molécula de ARN o ADN objetivo. Los coprimeros autores Omar Abudayyeh y Jonathan Gootenberg, estudiantes graduados en MIT y Harvard, respectivamente, denominaron la nueva herramienta SHERLOCK Desbloqueo de reportero enzimático de alta sensibilidad específica; esta tecnología podría algún día ser utilizadaresponder a brotes virales y bacterianos, controlar la resistencia a los antibióticos y detectar el cáncer.
Los científicos demuestran la versatilidad del método en una variedad de aplicaciones, que incluyen :
Debido a que la herramienta puede diseñarse para usarse como una prueba en papel que no requiere refrigeración, los investigadores dicen que es adecuada para un despliegue rápido y un uso generalizado dentro y fuera de los entornos tradicionales, como en un hospital de campaña duranteun brote o una clínica rural con acceso limitado a equipos avanzados.
"Es emocionante que la enzima Cas13a, que se identificó originalmente en nuestra colaboración con Eugene Koonin para estudiar la biología básica de la inmunidad bacteriana, se pueda aprovechar para lograr una sensibilidad tan extraordinaria, que será poderosa tanto para la ciencia como para la medicina clínica"dijo Feng Zhang, miembro del instituto central del Broad Institute, investigador del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro en el MIT, y el Profesor James y Patricia Poitras '63 en Neurociencia y Profesor Asociado en el Cerebro y las Ciencias Cognitivas e Ingeniería Biológica en el MIT.
En junio de 2016, Zhang y sus colegas caracterizaron por primera vez la enzima CRISPR dirigida al ARN, que ahora se llama Cas13a anteriormente conocida como C2c2, y se puede programar para escindir secuencias de ARN particulares en células bacterianas. A diferencia de las enzimas CRISPR dirigidas al ADNcomo Cas9 y Cpf1, Cas13a puede permanecer activo después de cortar su objetivo de ARN previsto y puede exhibir un comportamiento promiscuo, continuando cortando otros ARN no dirigidos en un estallido de actividad que los científicos del laboratorio de Zhang denominaron "escisión colateral".En su presentación en papel y patente, el equipo describió una amplia gama de aplicaciones biotecnológicas para el sistema, incluido el aprovechamiento de la escisión de ARN y la actividad colateral para la investigación básica, el diagnóstico y la terapéutica.
En un artículo publicado en Nature en septiembre de 2016, Jennifer Doudna, Alexandra East-Seletsky y sus colegas de UC Berkeley emplearon la actividad de escisión colateral Cas13a para la detección de ARN. Sin embargo, ese método requirió la presencia de muchos millones de moléculas, por lo quecarecía de la sensibilidad requerida para muchas investigaciones y aplicaciones clínicas.
El método reportado hoy es un millón de veces más sensible. Este aumento fue el resultado de una colaboración entre Zhang y su equipo y el miembro del Instituto Broad Jim Collins, que había estado trabajando en el diagnóstico del virus del Zika. En 2014, Collins y suEl equipo del Instituto Wyss creó una prueba sintética rápida en papel para el virus del Ébola que puede enviarse y almacenarse a temperatura ambiente. Posteriormente modificaron el sistema para detectar el virus del Zika y demostraron que podían aumentar la sensibilidad del sensor alaumentar la cantidad de ARN en la muestra utilizando bajos niveles de calor aplicado.
Trabajando juntos, los equipos de Zhang y Collins pudieron usar un proceso de amplificación diferente, dependiendo del calor corporal, para aumentar los niveles de ADN o ARN en sus muestras de prueba. Una vez que se aumentó el nivel, el equipo aplicó un segundo paso de amplificaciónconvertir el ADN en ARN, lo que les permitió aumentar la sensibilidad del CRISPR dirigido al ARN en millones de veces, todo con una herramienta que se puede usar en casi cualquier entorno.
"Ahora podemos fabricar sensores para cualquier ácido nucleico de manera efectiva y fácil, lo que es increíblemente poderoso cuando se piensa en aplicaciones de diagnóstico e investigación", dijo Collins, profesor titular de Bioingeniería en el MIT, y miembro de la facultad central del Instituto de Biología WyssIngeniería inspirada en Harvard. "Esta herramienta ofrece la sensibilidad que podría detectar una cantidad extremadamente pequeña de ADN del cáncer en la muestra de sangre de un paciente, por ejemplo, lo que ayudaría a los investigadores a comprender cómo el cáncer muta con el tiempo. Para la salud pública, podría ayudar a los investigadores a monitorearla frecuencia de bacterias resistentes a los antibióticos en una población. Las posibilidades científicas se vuelven muy emocionantes muy rápidamente ".
Una de las aplicaciones más urgentes y obvias para esta nueva herramienta de diagnóstico sería como un diagnóstico rápido y de punto de atención para brotes de enfermedades infecciosas en áreas de escasos recursos.
"Hay una gran emoción en torno a este sistema", dijo Deb Hung, coautora y codirectora del Programa de Enfermedades Infecciosas y Microbiomas de Broad. "Todavía queda mucho trabajo por hacer, pero si SHERLOCK puede desarrollarse a su manerapleno potencial, podría cambiar fundamentalmente el diagnóstico de enfermedades infecciosas comunes y emergentes ".
"Una cosa que es especialmente poderosa sobre SHERLOCK es su capacidad para comenzar a realizar pruebas sin mucho trabajo experimental ascendente complicado y que consume mucho tiempo", dijo Pardis Sabeti, también coautor del artículo. A raíz del zika en cursobrote, Sabeti y los miembros de su laboratorio han estado trabajando para recolectar muestras, secuenciar genomas rápidamente y compartir datos con el fin de acelerar el esfuerzo de respuesta al brote. "Esta capacidad de tomar muestras crudas e inmediatamente comenzar el procesamiento podría transformar el diagnóstico de Zika yun número ilimitado de otras enfermedades infecciosas ", dijo." Esto es solo el comienzo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Amplio del MIT y Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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