El experto en nanotecnología de SMU, MinJun Kim, ayudó a un equipo de investigadores de la Universidad de Texas en Austin a desarrollar una forma menos costosa de detectar la digestión con nucleasa, uno de los pasos críticos en muchas aplicaciones de detección de ácidos nucleicos, como las utilizadas para identificar COVID-19.
La detección de ácidos nucleicos es el método principal para identificar patógenos que causan enfermedades infecciosas. Dado que se realizaron millones de pruebas de PCR en todo el mundo todos los días durante la pandemia de COVID-19, es importante reducir los costos de estas pruebas.
Un estudio publicado en la revista Nature Nanotechnology muestra que esta herramienta de bajo costo, llamada Subak, es efectiva para saber cuándo se ha producido la digestión con nucleasa, que es cuando una enzima llamada nucleasa descompone los ácidos nucleicos, como el ADN o el ARN, en fragmentos más pequeños.
La forma tradicional de identificar la actividad nucleasa, la sonda de transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET), cuesta 62 veces más que la del reportero Subak.
"Subak reporter es más rentable y más simple que los sistemas basados en FRET, y ofrece un método alternativo para detectar la actividad nucleasa", dijo Kim, catedrático Robert C. Womack en la Escuela de Ingeniería Lyle de SMU e investigador principal del Laboratorio BAST. . "Muchos métodos de detección de ácidos nucleicos actuales, como la PCR y DETECTR, todavía dependen del uso de sondas FRET en sus pasos finales."
A diferencia de la PCR, DETECTR (reportero trans CRISPR dirigido a ADN endonucleasa) es un ensayo o prueba más fácil que se basa en la nucleasa CRISPR-Cas para la detección de ADN patógeno. Kim y los investigadores de UT Austin han reemplazado con éxito la sonda FRET con el reportero Subak en el ensayo DETECTR, reduciendo así sustancialmente el costo del ensayo.
Los reporteros de Subak se basan en una clase especial de los llamados nanoclusters de plata fluorescentes. Están formados por 13 átomos de plata enrollados alrededor de una corta cadena de ADN, un nanomaterial compuesto orgánico/inorgánico que es demasiado pequeño para ser visible a simple vista y cuyo tamaño varía de 1 a 3 nanómetros (una milmillonésima parte de un metro). .
Los nanomateriales en esta escala de longitud pueden ser muy luminiscentes, como los puntos cuánticos, y exhibir diferentes colores. Los nanomateriales fluorescentes han encontrado aplicaciones en pantallas de televisión y en biodetección, como afirma el reportero Subak.
El investigador principal Tim Yeh, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería Cockrell de UT Austin, y su equipo programaron a los reporteros Subak para que emitieran un color diferente cuando son digeridos por nucleasas.
"Estos nanoclusters de plata con plantillas de ADN inicialmente emiten fluorescencia verde, pero experimentan un notable cambio de color a rojo brillante cuando el ADN es fragmentado por nucleasas", dijo Kim. "El cambio de color de los reporteros Subak es fácilmente visible bajo una lámpara UV", aunque el dispositivo real es minúsculo.
Los reporteros de Subak cuestan sólo 1 dólar por nanomolécula. Por el contrario, FRET, que requiere el uso de diferentes tintes fluorescentes que requieren más para obtener resultados, cuesta 62 dólares por nanomolécula para producir, dijo Kim.
Kim y Madhav L. Ghimire, becario postdoctoral del decano de SMU en la Escuela de Graduados y Estudios Avanzados Moody de SMU, trabajaron con Yeh para optimizar y caracterizar los nanoclusters de plata de ADN/AgNC. Esto incluyó aumentar la intensidad de la fluorescencia verde y roja antes y después de la fragmentación mediante nucleasas.
La caracterización implicó confirmar el tamaño, la estructura y la estabilidad de los nanoclusters en entornos específicos.
"La optimización de estos detectores de bajo costo es esencial para monitorear sus propiedades de fluorescencia, garantizar la estabilidad de los nanoclusters, controlar el tamaño y la estructura y, lo más importante, mejorar su sensibilidad y selectividad en diversas condiciones ambientales, haciéndolos más confiables para el propósito de detección", Ghimire dijo.
Además de realizar más pruebas del Subak reporter para la digestión con nucleasa, el equipo también quiere investigar si puede ser una sonda para otros objetivos biológicos.
Más información: Hong, S.et al, un reportero de ADN no FRET que cambia el color de la fluorescencia tras la digestión con nucleasa. Nanotecnología de la Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41565-024-01612-6
Proporcionado por la Universidad Metodista del Sur
