Vedci objavili nové molekuly, ktoré dokážu produkovať svetlo, a vyvinuli spôsob, ako ich previesť na senzory.
Dr. Edward A. Curtis, vedúci vedeckej skupiny pod názvom funkčný potenciál nukleových kyselín (vľavo), a Martin Volek, doktorand v skupine Edwarda A. Curtisa, ÚOCHB. Zdroj: ÚOCHB AV ČR. Foto: Tomáš Belloň/ÚOCHB
Výskumná skupina pod vedením Edwarda Curtisa z Ústavu organickej chémie a biochémie Akadémie vied Českej republiky (ÚOCHB AV ČR) vyvinula dva nové typy katalytických DNA molekúl (tzv. deoxyribozómov), ktoré môžu poslúžiť ako základ novej generácie testov na prítomnosť rôznych patogénov.
DNA ako senzor svetelného žiarenia
Upravená DNA totiž dokáže fungovať ako senzor a detegovať cieľové molekuly špecifické pre určité ochorenia prostredníctvom svetelného žiarenia (fluorescencie) alebo farby. Výsledky výskumu zverejnil v dvoch článkoch popredný vedecký časopis Nucleic Acids Research.
Tím Edwarda Curtisa sa dlhodobo zaoberá funkčným potenciálom nukleových kyselín. Ešte nedávno sa verilo, že hlavnou funkciou DNA a RNA je uchovávanie a prenos genetickej informácie.
Teraz je však jasné, že nukleové kyseliny zvládnu toho oveľa viac. Viažu napríklad cieľové molekuly s vysokou afinitou a špecifitou a dokonca aktualizujú (urýchľujú) chemické reakcie.
Molekula Supernova
Objav DNA alebo RNA molekúl s požadovanou funkciou uľahčuje technika tzv. riadenej evolúcie. Základnou myšlienkou tejto metódy je vytvoriť obrovskú knižnicu obsahujúcu obvykle niekoľko biliárd (10^15) náhodných sekvencií DNA alebo RNA.
Cieľom je potom objaviť medzi nimi tie, ktoré by umožnili nukleovej kyseline fungovať ako DNA enzým (deoxyribozým) so schopnosťou produkovať svetlo alebo farbu. Prvá vzácna molekula, ktorú sa im touto cestou podarilo pred tromi rokmi nájsť, vyžaruje záblesk modrého svetla a nesie meno Supernova.
Aurora defosforyluje molekulu substrátu (4-MUP), a tým vytvára fluorescenčný produkt (4-MU). Zdroj: ÚOCHB AV ČR
K objavu nových molekúl DNA, ktoré dokážu produkovať svetelné žiarenie (fluorescenciu) alebo meniť farbu, použili vedci z Curtisovej skupiny vo svojej najnovšej práci riadenú evolúciu. Okrem toho vyvinuli niekoľko rôznych spôsobov, ako ich previesť na senzory, ktoré sú aktívne len v prítomnosti cieľovej molekuly.
DNA enzýmy Aurora a Apollon
Jeden senzor potom dokonca úspešne použili v praxi, konkrétne na detekciu inhibítorov enzýmu endoribonukleázy Nsp15 zo SARS-CoV-2. Ďalšie senzory by mali v budúcnosti poslúžiť na diagnostiku špecifických ochorení.
Doktorand Martin Volek, prvý autor oboch článkov, vysvetľuje: „Naše nové DNA enzýmy sa volajú Aurora a Apollon. Aurora generuje purpurové žiarenie, kým Apollon produkuje žltú farbu. Aurora je citlivejšia, ale žltý signál z Apollona možno pozorovať voľným okom, bez špeciálneho vybavenia. To by mohlo byť užitočné pre diagnostické testy na miestach s obmedzenými zdrojmi alebo nedostatkom vyškoleného personálu.“
Apollon defosforyluje substrát (pNPP), a tým vzniká žltý produkt (pNP). Zdroj: ÚOCHB AV ČR
Edward Curtis, ktorý v ÚOCHB vedie vedeckú skupinu pod názvom funkčný potenciál nukleových kyselín, odkazuje na skúsenosti s využitím PCR a antigénových testov počas pandémie covidu-19. Hoci sú PCR testy extrémne citlivé, dostali sa k slovu zriedkavejšie.
Antigénny variant je totiž lacnejší a použiť ho zvládne prakticky ktokoľvek kdekoľvek. Podobnými výhodami ako AG test sa môže pochváliť aj DNA enzým Apollon, ktorý sa vyznačuje jednoducho viditeľnou žltou farbou.
„Ak nastane ďalšia pandémia, chceme byť lepšie pripravení ako pri tej poslednej,“ vysvetľuje Edward Curtis a dodáva, „súčasťou pripravenosti je aj schopnosť rýchlo vyvinúť testy na určenie rôznych chorôb.“ Spolu s kolegami preto v súčasnosti pracuje na výrobe pilotného senzora na detekciu vírusov. Využitie katalytickej DNA je na tento účel, zdá sa, prirodzenou voľbou.
Zdroj: TS AV ČR
(zh)
