Das CRISPR-Protein könnte neue Tests für viele Viren liefern

In einer Premiere für das als CRISPR bekannte Set genetischer Werkzeuge wurde gezeigt, dass ein neu entdecktes Protein als eine Art vielseitiges Selbstzerstörungssystem für Bakterien fungiert, das in der Lage ist, einzelsträngige RNA, l einzelsträngige DNA und doppelsträngige DNA abzubauen. gestrandete DNA.

Mit ihrer Fähigkeit, auf so viele Arten von genetischem Material abzuzielen, bietet die Entdeckung Potenzial für die Entwicklung neuer, kostengünstiger und hochempfindlicher diagnostischer Tests für ein breites Spektrum von Infektionskrankheiten, darunter COVID-19, Influenza, Ebola und Zika die Autoren von eine neue Studie in der Zeitschrift Natur.

Unter Verwendung einer hochauflösenden Bildgebungstechnik namens Kryo-EM entdeckte das Team, dass, wenn dieses Protein namens Cas12a2 an eine bestimmte Sequenz genetischen Materials eines potenziell gefährlichen Virus namens RNA-Target bindet, ein Seitenteil von Cas12a2 umgedreht wird, um ein zu enthüllen aktive Seite, ähnlich einem offenen federbelasteten Switchblade. Dann beginnt das aktive Zentrum, wahllos jedes genetische Material zu durchschneiden, mit dem es in Kontakt kommt. Die Forscher fanden heraus, dass das aktive Zentrum bei einer einzelnen Mutation im Cas12a2-Protein nur einzelsträngige DNA abbaut, eine Eigenschaft, die besonders nützlich für die Entwicklung neuer Diagnostika ist, die für eine Vielzahl von Viren geeignet sind.

Ein auf dieser Technologie basierender Test könnte theoretisch die besten Eigenschaften von PCR-basierten Tests, die das genetische Material eines Virus nachweisen (hohe Empfindlichkeit, hohe Genauigkeit und die Fähigkeit, eine aktive Infektion nachzuweisen), mit den besten Eigenschaften von diagnostischen Schnelltests kombinieren. kostengünstig herzustellen, ohne dass spezielle Laborgeräte erforderlich sind). Es wäre auch leicht an jedes neue RNA-Virus anpassbar.

„Wenn morgen ein neues Virus auftaucht, müssen Sie nur sein Genom herausfinden, dann die Leit-RNA in Ihrem Test ändern, und Sie hätten einen Test dagegen“, sagte David Taylor, außerordentlicher Professor für Biowissenschaften. an der University of Texas at Austin und korrespondierender Co-Autor der neuen Studie.

Eine solche Diagnose würde immer noch separate Arbeit erfordern und wahrscheinlich das Sammeln von Speichel oder einer Nasenprobe eines Patienten beinhalten, um sie mit dem modifizierten Cas12a2-Protein des Teams, dem Stück Leit-RNA, das wie ein Fahndungsfoto zur Identifizierung eines bestimmten Virus wirkt, und einer fluoreszierenden Sonde zu mischen entworfen, um aufzuleuchten, wenn seine einzelsträngige DNA geschnitten wird.

CRISPR ist der Name einer Reihe von Werkzeugen, die natürlicherweise in Bakterien vorkommen, die Wissenschaftler jedoch für die Verwendung in der Genbearbeitung angepasst haben. Es ist das erste CRISPR-Protein, von dem gezeigt wurde, dass es ein so breites Spektrum an genetischem Material abbaut.

„Cas12a2 greift im Grunde beide Enden der DNA-Doppelhelix und biegt sie sehr eng“, sagte Jack Bravo, Postdoktorand an der UT Austin und Co-Erstautor der Arbeit. „Und so öffnet sich die Helix in der Mitte, und dann ermöglicht sie diesem aktiven Zentrum, die DNA-Stücke zu zerstören, die einzelsträngig werden. Das unterscheidet Cas12a2 von allen anderen DNA-Targeting-Systemen.

Der korrespondierende Co-Autor des Papiers ist Ryan Jackson und der Co-Erstautor Thomson Hallmark, beide von der Utah State University. Weitere Co-Autoren sind Bronson Naegle vom Bundesstaat Utah und Chase Beisel vom Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung und der Universität Würzburg in Deutschland.

Strukturdaten wurden unter Verwendung von Kryo-EM-Einrichtungen am Sauer Structural Biology Laboratory an der University of Texas in Austin gesammelt.

Taylor, Bravo, Hallmark und Jackson sind die Erfinder einer Patentanmeldung, die Modifikationen des Cas12a2-Proteins betrifft, die es ihm ermöglichen, nur einzelsträngige DNA zu schneiden, und für seine Verwendung in der Diagnose. Das Technology Commercialization Office von UT Austin verwaltet geistiges Eigentum und arbeitet daran, Industriepartner zu finden, die helfen können, das Potenzial der Technologie auszuschöpfen.

Diese Arbeit wurde teilweise vom National Institute of General Medical Sciences der National Institutes of Health, der deutschen Bundesagentur für disruptive Innovation, der Welch Foundation und der Robert J. Kleberg, Jr. and Helen C Foundation unterstützt. David Taylor ist ein CPRIT Fellow, der vom Cancer Prevention and Research Institute of Texas unterstützt wird.

EIN ergänzender Artikel in derselben Ausgabe von Natur beschreibt die biologischen Funktionen von Cas12a2, während der in dieser Pressemitteilung beschriebene Artikel die Mechanismen beschreibt, mit denen das Protein diese erfüllt.

Referenz: Bravo JPK, Hallmark T, Naegle B, Beisel CL, Jackson RN, Taylor DW. RNA-Targeting setzt die blinde Nukleaseaktivität von CRISPR-Cas12a2 frei. Natur. 2023. tun: 10.1038/s41586-022-05560-w.

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