Биоинженер из риса Дэвид Чжан и его коллеги разработали уникальный способ настройки реагентов для зондов нуклеиновых кислот на лету и надежного подсчета целевых последовательностей.Работа подробно описана в статье в открытом доступе на этой неделе в журнале Nature Methods.Возможность идентифицировать последовательности ДНК или РНК, особенно мутации, стала критически важной для выявления заболеваний и разработки методов их лечения. Но найти конкретный биомаркер в огромном количестве генетического кода сложно.
Чжан и его команда из Научно-исследовательского объединения Райс стали специалистами в поиске таких иголок в стогах сена. В предыдущей работе лаборатория разработала зонды, которые находят однонуклеотидные мутации в ДНК, используя «конкурирующие» зонды для связывания со здоровыми последовательностями и эффективного устранения их.На этот раз лаборатория разрабатывает синтетические «протекторы» ДНК, которые имитируют последовательность-мишень и конкурируют с мишенью за связывание с зондами. Изменяя стехиометрию или пропорцию веществ в химических реакциях этих протекторов, исследователи могут контролировать баланс реакций, чтобы можно было регулировать яркость флуоресцентных зондов.
Например, сказал Чжан, могут быть две представляющие интерес последовательности биомаркеров, но высокая экспрессия одной будет затмевать низкую экспрессию другой. Поскольку единицу яркости каждого биомаркера можно регулировать, новый метод исследователей позволяет одновременно и точно наблюдать за многими биомаркерами.«В принципе, мы должны иметь возможность настраиваться бесконечно», — сказал он. «Но мы будем жертвовать временем, трудом и затратами по сравнению с тем, что людям действительно нужно.
Если мы можем получить 90 процентов стоимости за два шага, вероятно, нет смысла делать еще пять шагов для получения 95 процентов».Чжан, ведущие авторы Люсия Ву и Дж. Шерри Ван и их коллеги написали программное обеспечение, чтобы помочь исследователям разработать свои собственные зонды.
Веб-программа позволяет исследователям вырезать и вставлять последовательности генов и выделять области, представляющие интерес, для создания конструкции зондов. Программа бесплатна для использования и доступна по адресу http://nablab.rice.edu/nabtools/.По словам Чжана, конструкция зонда усложняется тем фактом, что исследователи часто ищут сразу несколько биомаркеров и что эти биомаркеры взаимодействуют друг с другом. «В эпоху развития науки и больших данных мы хотим изучить сотни, тысячи или миллионы различных сигнатур биомаркеров ДНК.«Исследователи должны заранее решить, следует ли измерять, насколько чувствительны последовательности-мишени к их зондам, или насколько специфичными они будут при связывании», — сказал он. «К сожалению, эти две цели исключают друг друга.
Если повысить чувствительность, специфичность снизится, и наоборот.«Что мы сделали, так это изменили чувствительность и специфичность различных зондов независимо и независимо друг от друга», — сказал он. «Нам нравится представлять ДНК в виде тарелки с едой, а наши молекулы — в виде солонки и перца: мы меняем вкус ДНК-зонда, добавляя к нему немного большей стехиометрии или добавляя немного большего количества защитного вещества.«Это разумная аналогия того, что мы делаем: входим и меняем формулировку, меняем стехиометрические соотношения вещей. Это фактически позволяет нам изменять чувствительность и специфичность каждого отдельного зонда».
В одном из многих успешных тестов лаборатория разработала молекулы для обнаружения последовательностей мутаций в исторических образцах биопсии, сохраненных в воске от больных раком. Одна из целей исследователей — разработать неинвазивную диагностику рака, которая обнаруживает биомаркеры ДНК в образцах крови для раннего скрининга и раннего выявления рецидивов.
Чжан ожидает, что этот метод найдет широкое применение. «Мы хотим предоставить более качественные, быстрые и дешевые ответы для исследователей и врачей, которые изучают сотни или тысячи различных мутаций», — сказал он. Он и Ван стали соучредителями новой компании Searna Technologies с целью дальнейшего развития и коммерциализации технологии и ее применения для обнаружения рака.