O especialista em nanotecnologia da SMU, MinJun Kim, ajudou uma equipe de pesquisadores da Universidade do Texas em Austin a desenvolver uma maneira menos dispendiosa de detectar a digestão de nuclease – uma das etapas críticas em muitas aplicações de detecção de ácido nucleico, como aquelas usadas para identificar COVID-19.



A detecção de ácido nucleico é o principal método para identificar patógenos que causam doenças infecciosas. Dado que milhões de testes PCR foram realizados em todo o mundo todos os dias durante a pandemia de COVID-19, é importante reduzir os custos destes testes.

Um estudo publicado na revista Nature Nanotechnology mostra que esta ferramenta de baixo custo, chamada Subak, é eficaz para dizer quando ocorreu a digestão da nuclease, que é quando uma enzima chamada nuclease decompõe os ácidos nucleicos, como DNA ou RNA, em fragmentos menores.

A forma tradicional de identificar a atividade da nuclease, a sonda de transferência de energia por ressonância de fluorescência (FRET), custa 62 vezes mais para ser produzida do que o repórter Subak.

"O repórter Subak é mais econômico e mais simples do que os sistemas baseados em FRET, oferecendo um método alternativo para detectar atividade de nuclease", disse Kim, presidente Robert C. Womack da Escola de Engenharia Lyle da SMU e investigador principal do Laboratório BAST. . "Muitos métodos de detecção de ácidos nucleicos hoje, como PCR e DETECTR, ainda dependem do uso de sondas FRET em suas etapas finais."

Ao contrário do PCR, o DETECTR (repórter trans CRISPR direcionado à endonuclease de DNA) é um ensaio ou teste mais fácil que depende da nuclease CRISPR-Cas para detecção de DNA patogênico. Kim e os pesquisadores da UT Austin substituíram com sucesso a sonda FRET pelo repórter Subak no ensaio DETECTR, reduzindo assim substancialmente o custo do ensaio.

Os repórteres da Subak baseiam-se em uma classe especial conhecida como nanoaglomerados de prata fluorescentes. Eles são compostos de 13 átomos de prata enrolados em um curto filamento de DNA – um nanomaterial composto orgânico/inorgânico que é pequeno demais para ser visível a olho nu e varia em tamanho de 1 a 3 nanômetros (um bilionésimo de metro). .

Os nanomateriais nesta escala de comprimento podem ser altamente luminescentes, como pontos quânticos, e exibir cores diferentes. Os nanomateriais fluorescentes encontraram aplicações em telas de TV e em biossensores, como o repórter Subak.

O pesquisador principal Tim Yeh, professor associado de Engenharia Biomédica na Escola de Engenharia Cockrell da UT Austin, e sua equipe programaram os repórteres Subak para emitir uma cor diferente quando são digeridos por nucleases.

"Esses nanoaglomerados de prata modelados por DNA inicialmente emitem fluorescência verde, mas passam por uma notável mudança de cor para vermelho brilhante quando o DNA é fragmentado por nucleases", disse Kim. “A mudança de cor dos repórteres Subak é facilmente visível sob uma lâmpada UV”, embora o dispositivo real seja minúsculo.

Os repórteres Subak custam apenas US$ 1 por nanomolécula para serem produzidos. Em contraste, o FRET – que requer o uso de diferentes corantes fluorescentes que exigem mais para obter resultados – custa US$ 62 por nanomolécula para ser produzido, disse Kim.

Kim e Madhav L. Ghimire, reitor de pós-doutorado da SMU na Moody School of Graduate and Advanced Studies da SMU, trabalharam com Yeh para otimizar e caracterizar os nanoaglomerados de prata DNA/AgNC. Isto incluiu o aumento da intensidade da fluorescência verde e vermelha antes e depois da fragmentação por nucleases.

A caracterização envolveu a confirmação do tamanho, estrutura e estabilidade dos nanoclusters em ambientes específicos.

“A otimização desses detectores de baixo custo é essencial para monitorar suas propriedades de fluorescência, garantindo a estabilidade dos nanoclusters, controlando tamanho e estrutura e, o mais importante, para aumentar sua sensibilidade e seletividade em diversas condições ambientais, tornando-os mais confiáveis ​​para a finalidade de detecção”, disse Ghimire. disse.

Além de mais testes do repórter Subak para digestão de nuclease, a equipe também quer investigar se ele pode ser uma sonda para outros alvos biológicos.

Mais informações: Hong, S.et al, Um repórter de DNA não-FRET que muda a cor da fluorescência após a digestão da nuclease. Nanotecnologia da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41565-024-01612-6
Fornecido pela Southern Methodist University