SHERLOCK зможе відшукати навіть одну-єдину молекулу

Фен Чжан, один з творців технології SHERLOCK.

Група вчених з Інституту Броудів (Broad Institute), загального проекту Массачусетського технологічного інституту (Massachusetts Institute of Technology) і Гарвардського університету (University of Harvard) перетворила білок, що використовується в технології CRISPR. Тепер метою його впливу є РНК (а не ДНК). Нова система отримала назву SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing), вона призначена для швидкої, недорогої високоточної діагностики. У майбутньому цей винахід може суттєво вплинути на дослідницьку діяльність і на громадське здоров'я.

Результати дослідження були опубліковані в журналі Science. Автори роботи описали, як модифікований білок CRISPR може визначити присутність навіть однієї-єдиної молекули ДНК або РНК. З часом нову технологію можна буде застосовувати в боротьбі зі спалахами вірусних і бактеріальних захворювань, спостереження за антибіотикорезистентністю і для виявлення раку.

Область застосування нового методу надзвичайно широка, ось кілька прикладів:

• Виявлення вірусу Зіка в крові або сечі пацієнта всього за кілька годин.
• Виявлення генетичних відмінностей африканського і американського штамів вірусу Зіка.
• Визначення специфічних штамів бактерій, наприклад, coli.
• Визначення генів стійкості до антибіотиків.
• Виявлення ракових мутацій у штучних позаклітинних фрагментах ДНК.
• Швидке прочитання генетичної інформації, наприклад, для оцінки ризику серцево-судинних захворювань за зразком слини.

Пристрій для проведення аналізів може бути спроектовано таким чином, щоб зчитувати необхідну інформацію з паперу, на який був нанесений біоматеріал. Зберігання зразків на холоді при цьому не потрібно. Це означає, що технологію можна буде використовувати і за межами лабораторій або великих медичних центрів - у польових госпіталях або в лікарнях регіонів, які не можуть дозволити собі придбання дорогого високотехнологічного обладнання.

У 2016 р. співробітник Інституту Броудів Фен Чжан (Feng Zhang) вперше виділили білок CRISPR, здатний взаємодіяти з РНК. Раніше цей білок називався C2c2, пізніше був перейменований в Cas13a. Cas13a може бути запрограмований на те, щоб «розрізати» певні послідовності РНК в бактеріальних клітинах. При цьому, на відміну від ферментів, націлених на РНК (наприклад, білка Cas9), РНК-орієнтований білок зберігає свою активність і після розщеплення цільової РНК. Зокрема, він здатний взаємодіяти з іншими фрагментами РНК, виконуючи функцію, що отримала назву «коллатерального розщеплення». У роботі, опублікованій в журналі Nature у вересні 2016 р. Дженніфер Дудна (Jennifer Doudna), Олександра Іст-Селетські (Alexandra East-Seletsky) і їхні колеги з Берклі використовували коллатеральне розщеплення для визначення РНК. Однак їхній метод вимагав присутності мільйонів молекул, тому для вирішення багатьох академічних і клінічних завдань він виявився недостатньо чутливим.

За чутливістю новий метод в мільйон разів перевершив свого попередника - це було зроблено завдяки переходу від аналізу ДНК до аналізу РНК. Раніше автори нової технології займалися розробкою тесту на вірус Ебола. Згодом систему вдалося модифікувати таким чином, щоб вона почала визначати вірус Зіка. Крім того, чутливість системи була підвищена, оскільки кількість РНК або ДНК у зразку тепер можна було збільшувати за допомогою нагрівання.

"Ми можемо без затримок підготувати ефективні прилади для виявлення будь-якої нуклеїнової кислоти. Вони мають великий потенціал у контексті клінічної діагностики та наукових досліджень, - розповідає співавтор роботи Джим Коллінз (Jim Collins), професор біоінжинірингу з Массачусетського технологічного інституту. - Цей інструмент досить чутливий, щоб виявити найменші ознаки присутності ДНК ракових клітин у крові пацієнта. Це може, наприклад, допомогти дослідникам з'ясувати, як пухлинні клітини мутують з часом. Для громадської охорони здоров'я новий метод може бути корисний тим, що він здатний оцінити поширеність резистентних до антибіотиків бактерій в популяції ".

Однією з найбільш затребуваних і очевидних областей програми нової технології стане миттєве виявлення спалахів інфекційних захворювань у бідних ресурсами регіонах.

Хоча SHERLOCK ще потребує доопрацювання, його творці впевнені, що їм вдасться повністю розкрити потенціал нової технології і змінити підхід до діагностики інфекційних захворювань.