Im Dunkeln leuchtende Proteine könnten bei der Diagnose von Viruserkrankungen helfen
Schnellere und einfachere Diagnose von Krankheiten
Trotz der jüngsten Fortschritte erfordern viele hochempfindliche Diagnosetests für Viruskrankheiten immer noch komplizierte Techniken zur Vorbereitung einer Probe oder zur Interpretation eines Ergebnisses, was sie für Point-of-Care-Einrichtungen oder Gebiete mit geringen Ressourcen unpraktisch macht. Doch nun hat ein Team, das in ACS Central Science berichtet, eine empfindliche Methode entwickelt, die virale Nukleinsäuren in nur 20 Minuten analysiert und in einem Schritt mit "im Dunkeln leuchtenden" Proteinen durchgeführt werden kann.
Proteine, die hellblau oder grün leuchten, wie hier abgebildet, könnten die Diagnose von Krankheiten schneller und einfacher machen.
Maarten Merkx
Das Aufleuchten des Glühwürmchens, der leuchtende Köder des Seeteufels und das gespenstische Blau der mit Phytoplankton bedeckten Strände werden alle von demselben wissenschaftlichen Phänomen angetrieben, das als Biolumineszenz bekannt ist. Eine chemische Reaktion, an der das Protein Luciferase beteiligt ist, verursacht den leuchtenden, im Dunkeln leuchtenden Effekt. Das Luciferase-Protein wurde in Sensoren eingebaut, die ein leicht zu beobachtendes Licht aussenden, wenn sie ihr Ziel finden. Diese Einfachheit macht diese Art von Sensoren ideal für Point-of-Care-Tests, aber bisher fehlte ihnen die unglaublich hohe Empfindlichkeit, die für einen klinischen Diagnosetest erforderlich ist. Die als CRISPR bekannte Gen-Editierungstechnik könnte diese Fähigkeit bieten, aber sie erfordert viele Schritte und zusätzliche Spezialausrüstung, um ein möglicherweise geringes Signal in einer komplexen, verrauschten Probe zu erkennen. Maarten Merkx und seine Kollegen wollten daher CRISPR-verwandte Proteine verwenden, diese aber mit einer Biolumineszenztechnik kombinieren, deren Signal mit einer Digitalkamera erfasst werden kann.
Um sicherzustellen, dass genügend RNA- oder DNA-Proben für die Analyse vorhanden sind, führten die Forscher die Rekombinase-Polymerase-Amplifikation (RPA) durch, eine einfache Methode, die bei einer konstanten Temperatur von etwa 100 Grad Celsius funktioniert. Bei der neuen Technik namens LUNAS (lumineszierender Nukleinsäuresensor) sind zwei CRISPR/Cas9-Proteine, die für verschiedene benachbarte Teile eines viralen Genoms spezifisch sind, jeweils mit einem bestimmten Luciferase-Fragment verbunden. Wenn ein bestimmtes virales Genom, auf das die Forscher testen, vorhanden ist, binden die beiden CRISPR/Cas9-Proteine an die gezielten Nukleinsäuresequenzen und nähern sich einander an, so dass sich das vollständige Luciferase-Protein bildet und in Gegenwart eines chemischen Substrats blaues Licht abgibt. Um zu zeigen, dass dieses Substrat verbraucht ist, verwendeten die Forscher eine Kontrollreaktion, die grün leuchtete. Ein Röhrchen, das von grün zu blau wechselte, zeigte ein positives Ergebnis an.
Bei Tests mit klinischen Proben, die aus Nasenabstrichen entnommen wurden, wies RPA-LUNAS innerhalb von 20 Minuten erfolgreich SARS-CoV-2-RNA nach, selbst bei Konzentrationen von nur 200 Kopien pro Mikroliter. Die Forscher sagen, dass der LUNAS-Test ein großes Potenzial für den wirksamen und einfachen Nachweis vieler anderer Viren besitzt.
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