Výzkumná skupina pod vedením Edwarda Curtise vyvinula dva nové typy katalytických DNA molekul (tzv. deoxyribozymů), které můžou posloužit jako základ nové generace testů na přítomnost různých patogenů. Upravená DNA totiž dokáže fungovat jako senzor a detekovat cílové molekuly specifické pro určitá onemocnění prostřednictvím světelného záření (fluorescence) nebo barvy.
Edward A. Curtis, vedoucí vědecké skupiny Funkční potenciál nukleových kyselin (vlevo) a Martin Volek, doktorand ve skupině Edwarda A. Curtise, ÚOCHB
Výsledky výzkumu zveřejnil ve dvou článcích přední vědecký časopis Nucleic Acids Research.
Tým Edwarda Curtise se zabývá funkčním potenciálem nukleových kyselin dlouhodobě. Ještě poměrně nedávno se věřilo, že hlavní funkcí DNA a RNA je uchovávání a přenos genetické informace. Nyní je však jasné, že nukleové kyseliny toho zvládnou mnohem víc. Vážou například cílové molekuly s vysokou afinitou a specifitou a dokonce katalyzují (urychlují) chemické reakce. Objev DNA nebo RNA molekul s požadovanou funkcí usnadňuje technika tzv. řízené evoluce. Základní myšlenkou této metody je vytvořit obrovskou knihovnu obsahující obvykle několik biliard (10^15) náhodných sekvencí DNA nebo RNA. Cílem je pak objevit mezi nimi takové, které by umožnily nukleové kyselině fungovat jako DNA enzym (deoxyribozym) se schopností produkovat světlo nebo barvu. První vzácná molekula, kterou se jim touto cestou podařilo před třemi lety najít, vyzařuje záblesk modrého světla a nese jméno Supernova.
Aurora defosforyluje molekulu substrátu (4-MUP), a tím vytváří fluorescenční produkt (4-MU).
Ve své nejnovější práci použili vědci z Curtisovy skupiny řízenou evoluci k objevu nových molekul DNA, které dokážou produkovat světelné záření (fluorescenci) nebo měnit barvu. Kromě toho vyvinuli několik různých způsobů, jak je převést na senzory, které jsou aktivní pouze v přítomnosti cílové molekuly. Jeden senzor pak dokonce úspěšně použili v praxi, konkrétně k detekci inhibitorů enzymu endoribonukleázy Nsp15 ze SARS-CoV-2. Další senzory by měly v budoucnu posloužit k diagnostice specifických nemocí. Doktorand Martin Volek, první autor obou článků, vysvětluje: „Naše nové DNA enzymy se jmenují Aurora a Apollon. Aurora generuje purpurové záření, zatímco Apollon produkuje žlutou barvu. Aurora je citlivější, ale žlutý signál z Apollona lze pozorovat pouhým okem, bez speciálního vybavení. To by mohlo být užitečné pro diagnostické testy na místech s omezenými zdroji nebo nedostatkem vyškoleného personálu."
Apollon defosforyluje substrát (pNPP), a tím vzniká žlutý produkt (pNP).
Edward Curtis, který v ÚOCHB vede vědeckou skupinu Funkční potenciál nukleových kyselin, odkazuje na zkušenosti s využitím PCR a antigenních testů během covidové pandemie. Ačkoli jsou PCR testy extrémně citlivé, ke slovu se dostávaly méně často. Antigenní varianta je totiž levnější a použít ji zvládne prakticky kdokoliv a kdekoliv. Podobnými výhodami, jako antigenní test, se může pochlubit i DNA enzym Apollon, který se vyznačuje jednoduše viditelnou žlutou barvou.
„Pokud nastane další pandemie, chceme být lépe připraveni než při té poslední," vysvětluje Edward Curtis a dodává: „Součástí kýžené připravenosti je i schopnost rychle vyvinout testy pro určení různých chorob.“ On a jeho kolegové proto v současnosti pracují na výrobě pilotního senzoru pro detekci virů. Využití katalytické DNA je pro tento účel, zdá se, přirozenou volbou.
Foto: Tomáš Belloň
Zdroj: ÚOCHB
- Autor článku: ne
- Zdroj: Ústav organické chemie a biochemie AV ČR
