L’esperto di nanotecnologia SMU, MinJun Kim, ha aiutato un team di ricercatori dell’Università del Texas ad Austin a sviluppare un modo meno costoso per rilevare la digestione delle nucleasi, uno dei passaggi critici in molte applicazioni di rilevamento degli acidi nucleici, come quelle utilizzate per identificare COVID-19.
Il rilevamento dell'acido nucleico è il metodo principale per identificare gli agenti patogeni che causano malattie infettive. Poiché durante la pandemia di COVID-19 in tutto il mondo vengono eseguiti ogni giorno milioni di test PCR, è importante ridurre i costi di questi test.
Uno studio pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology mostra che questo strumento a basso costo, chiamato Subak, è efficace nel determinare quando è avvenuta la digestione della nucleasi, ovvero quando un enzima chiamato nucleasi scompone gli acidi nucleici, come DNA o RNA, in frammenti più piccoli.
Il metodo tradizionale di identificazione dell'attività nucleasica, la sonda FRET (Fluorescent Resonance Energy Transfer), costa 62 volte di più da produrre rispetto al reporter Subak.
"Il reporter Subak è più economico e più semplice dei sistemi basati su FRET, poiché offre un metodo alternativo per rilevare l'attività della nucleasi", ha affermato Kim, presidente della Robert C. Womack Chair presso la Lyle School of Engineering della SMU e ricercatore principale del laboratorio BAST. . "Molti metodi di rilevamento degli acidi nucleici oggi, come PCR e DETECTR, si basano ancora sull'uso delle sonde FRET nelle fasi finali."
A differenza della PCR, DETECTR (reporter trans CRISPR mirato all'endonucleasi del DNA) è un test, o test, più semplice che si basa sulla nucleasi CRISPR-Cas per il rilevamento del DNA patogeno. Kim e i ricercatori dell'UT Austin hanno sostituito con successo la sonda FRET con il reporter Subak nel test DETECTR, riducendo così sostanzialmente il costo del test.
I reporter di Subak si basano su una classe speciale di cosiddetti nanocluster d'argento fluorescenti. Sono costituiti da 13 atomi d'argento avvolti attorno a un corto filamento di DNA, un nanomateriale composito organico/inorganico che è troppo piccolo per essere visibile a occhio nudo e di dimensioni comprese tra 1 e 3 nanometri (un miliardesimo di metro). .
I nanomateriali su questa scala di lunghezza possono essere altamente luminescenti, come i punti quantici, e mostrare colori diversi. I nanomateriali fluorescenti hanno trovato applicazioni nei display televisivi e nel biosensing, come nel caso del reporter Subak.
Il ricercatore capo Tim Yeh, professore associato di ingegneria biomedica presso la Cockrell School of Engineering dell'UT Austin, e il suo team hanno programmato i reporter Subak per emettere un colore diverso quando vengono digeriti dalle nucleasi.
"Questi nanocluster d'argento basati su modelli di DNA inizialmente emettono fluorescenza verde, ma subiscono un notevole cambiamento di colore verso il rosso brillante quando il DNA viene frammentato dalle nucleasi", ha detto Kim. "Il cambiamento di colore dei reporter Subak è facilmente visibile sotto una lampada UV," anche se il dispositivo reale è minuscolo.
La produzione dei reporter Subak costa solo 1 dollaro per nanomolecola. Al contrario, la produzione di FRET, che richiede l'uso di diversi coloranti fluorescenti che ne richiedono di più per ottenere risultati, costa 62 dollari per nanomolecola, ha affermato Kim.
Kim e Madhav L. Ghimire, membro post-dottorato del preside della SMU presso la Moody School of Graduate and Advanced Studies della SMU, hanno lavorato con Yeh per ottimizzare e caratterizzare i nanocluster d'argento DNA/AgNC. Ciò includeva l'aumento dell'intensità della fluorescenza verde e rossa prima e dopo la frammentazione da parte delle nucleasi.
La caratterizzazione prevedeva la conferma delle dimensioni, della struttura e della stabilità dei nanocluster in ambienti specifici.
"L'ottimizzazione di questi rilevatori a basso costo è essenziale per monitorare le loro proprietà di fluorescenza, garantire la stabilità dei nanocluster, controllare le dimensioni e la struttura e, soprattutto, migliorarne la sensibilità e la selettività in varie condizioni ambientali, rendendoli più affidabili per lo scopo di rilevamento," Ghimire ha detto.
Oltre a ulteriori test sul reporter Subak per la digestione delle nucleasi, il team vuole anche indagare se può essere una sonda per altri bersagli biologici.
Ulteriori informazioni: Hong, S.et al, Un reporter di DNA non FRET che cambia il colore della fluorescenza durante la digestione della nucleasi. Nanotecnologia naturale (2024). DOI:10.1038/s41565-024-01612-6
Fornito dalla Southern Methodist University
