Исследователи нашли множество применений технологии редактирования генов CRISPR с тех пор, как она стала использоваться научным сообществом. Keck Graduate Institute (KGI) Доцент и приглашенный научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли Киана Аран стала первой, кто объединил возможности CRISPR для нацеливания нуклеиновых кислот со сверхчувствительностью графена, что сделало возможным цифровое обнаружение ДНК без амплификации.
Инновация заключается в том, чтобы объединить их в механизм захвата. Наша система не использует усиление; вместо этого он опирается на возможности CRISPR по поиску генома и чувствительность графена», - объясняет Аран, возглавлявший многоуниверситетскую исследовательскую группу, ответственную за работу, описанную в статье «Чип CRISPR: основанный на CRISPR биосенсор полевого эффекта с улучшенным графеном для Electronic Detection of Unamplified Target Genes», которая будет опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering 25 марта.
Новая система Арана иммобилизует комплексы CRISPR на поверхности транзисторов на основе графена. Эти комплексы ищут в геноме свою целевую последовательность и, если поиск оказывается успешным, связываются с ее ДНК. Это связывание изменяет проводимость графенового материала в транзисторе, что обнаруживает изменение с помощью портативного считывателя, разработанного отраслевым партнером Арана, компанией Cardea Bio из Сан-Диего.
То, что делает Kiana, - это приложение, о котором мы раньше не думали, о котором раньше никто не думал. Это показывает потенциал графенового биосенсора, о возможности которого никто даже не подозревал», - говорит Бретт Голдсмит, главный технический директор и соучредитель Cardea. «Обнаружение ДНК без амплификации - это так шокирующе, так футуристично. Это позволит пропустить несколько поколений развития технологий».
Аран и ее коллеги-исследователи продемонстрировали эффективность системы, проверив цифровое обнаружение мутаций ДНК при мышечной дистрофии Дюшенна, генетическом заболевании, которое приводит к прогрессирующей мышечной дегенерации и сокращению продолжительности жизни.
«Мы показали, что наша система достаточна для тестирования генетических мутаций. Теперь нам нужно улучшить систему для обнаружения инфекций», - говорит Аран. «Мы также оцениваем CRISPR-Chip для обнаружения точечных мутаций».
Аран отмечает, что система, которая позволяет пользователям выполнять тест менее чем за час, имеет потенциальное применение помимо диагностики. Она объясняет, что они включают возможности мультиплексирования для одновременного запуска сотен или тысяч тестов. Другое потенциальное применение - контроль качества в компаниях, использующих CRISPR для терапии; система может позволить им лучше оценить эффективность технологии CRISPR.
Для Аран обращение к электронике для разработки системы с уникальными возможностями было естественным: она получила степень бакалавра в области электротехники, затем докторскую степень в области биомедицинской инженерии и постдокторскую работу в области биоинженерии.
«Я смотрю на все через призму электроники. Важно думать об электронных биосенсорах, потому что я считаю, что именно к ним движется биологический анализ», - говорит Аран, который сейчас изучает возможности коммерциализации системы. «Моя цель - интегрировать быстрорастущие электронные технологии с современной биологией не только для разработки более совершенных диагностических инструментов, но и для лучшего понимания биологических процессов с использованием наноразмерных электронных устройств».
Соавторами статьи также являются Реза Хайджан из KGI, Сара Балдерстон, Танхтра Тран, Мандип Сандху и Митре Атайя, Тара Дебур из Калифорнийского университета в Беркли, Джесси Этьен и Норин Вофорд, Джоли Ноукс из Cardea Bio и Бретт Голдсмит, NanoSens Regis Peytavi из Innovations и Якобо Паредес из Университета Наварры.