Впервые с помощью генетического инструментария, известного как CRISPR, недавно был обнаружен белок, который действует как многоцелевая система самоуничтожения бактерий, способная разрезать одноцепочечную РНК, одноцепочечную ДНК и двухцепочечную ДНК.
По словам авторов нового исследования, опубликованного в журнале Nature, благодаря способности бактерий воздействовать на многие типы генетического материала, это открытие открывает возможности для разработки новых недорогих и высокочувствительных диагностических тестов для широкого спектра инфекционных заболеваний, включая COVID-19 и грипп.
Используя метод визуализации с высоким разрешением (криоэлектронную микроскопию), авторы обнаружили, что когда этот белок, названный Cas12a2 (CRISPR-ассоциированная нуклеаза), связывается с определенной последовательностью генетического материала потенциально опасного вируса, называемой целевой РНК, боковая часть Cas12a2 разворачивается, открывая активный сайт, похожий на раскрывающийся нож. Затем активный участок начинает без разбора разрезать любой генетический материал, с которым он вступает в контакт. Исследователи обнаружили, что при одной мутации белка Cas12a2 активный сайт разрезает только одноцепочечную ДНК, что особенно полезно для разработки новых диагностических средств, предназначенных для любого из широкого спектра вирусов.
Тест, основанный на этой технологии, теоретически может сочетать в себе лучшие характеристики тестов на основе ПЦР, которые выявляют генетический материал вируса (высокая чувствительность, высокая точность и способность обнаружить активную инфекцию), с лучшими характеристиками быстрых домашних диагностических тестов (недорогое производство, не требующее специализированного лабораторного оборудования). Кроме того, он может быть легко адаптирован к любому новому РНК-вирусу.
"Если завтра появится какой-нибудь новый вирус, вам нужно будет только выяснить его геном, а затем изменить направляющую РНК в тесте, и у вас будет тест на него", - говорит Дэвид Тейлор, доцент кафедры молекулярных бионаук Техасского университета в Остине и соавтор нового исследования. Такая диагностика все же потребует дополнительной работы и, вероятно, будет включать забор слюны или назального образца пациента для смешивания с модифицированным белком Cas12a2, фрагментом направляющей РНК, которая действует как фоторобот для идентификации конкретного вируса, и флуоресцентным зондом, разработанным для того, чтобы светиться при разрезании одноцепочечной ДНК.
CRISPR - это название комплекса функций, которые естественным образом встречаются у бактерий, но которые ученые адаптировали для использования в редактировании генов. Это первый белок CRISPR, который, как было установлено, способен разрезать столь широкий спектр генетического материала. "Cas12a2, по сути, захватывает два конца двойной спирали ДНК и очень сильно сгибает их", - поясняет Тейлор. И тогда спираль в середине разрывается, это позволяет активному участку разрезать кусочки ДНК, которые становятся одноцепочечными. Именно это отличает Cas12a2 от всех других систем ДНК-мишеней".
