O nouă metodă de detectare a moleculelor mici folosește doi aptameri ADN, unul pentru captare și altul pentru recunoașterea formei
Cercetătorii din cadrul Laboratorului de Nanotehnologie Chimică (CHEMINA) de la Școala de Inginerie a EPFL au dezvoltat o abordare care permite detectarea moleculelor mici prin intermediul unor secvențe scurte de ADN sintetic numite aptameri. Rezultatele au fost publicate în revista Nature Chemistry.
Testele rapide de tip „sandwich” stau la baza unor diagnostice larg răspândite, precum testele COVID de acasă sau testele de sarcină. În acest tip de test, doi anticorpi diferiți se leagă de două situri distincte ale aceleiași molecule-țintă, formând un „sandwich” molecular. Metoda funcționează bine pentru molecule mari, cum sunt proteinele virale sau hormonul hCG, care oferă suficient spațiu pentru două situri de legare.
Moleculele mici, precum testosteronul sau neurotransmițătorul serotonină, nu au însă loc pentru doi anticorpi diferiți, ceea ce face ca detectarea lor să necesite tehnologii mult mai complexe decât citirea vizuală a unui test sandwich.
Doi aptameri împart munca de recunoaștere
Pentru a ocoli această limitare, echipa a folosit aptameri — secvențe scurte de ADN sintetic — într-o configurație în două straturi. Un aptamer „primar” se leagă de molecula-țintă, iar un al doilea aptamer, „secundar”, este proiectat să recunoască forma pe care o adoptă aptamerul primar după ce a captat ținta, nu molecula-țintă în sine.
„Tehnologiile bazate pe aptameri au căpătat avânt în ultimii ani, iar tot mai multe companii noi le folosesc pentru aplicații în sănătatea umană. În loc să rafinăm pur și simplu senzori, am vrut să regândim arhitectura recunoașterii moleculare pentru a acoperi o lacună de lungă durată în detectarea moleculelor mici”, a declarat Nako Nakatsuka, coordonatoarea laboratorului CHEMINA.
Până acum, majoritatea senzorilor bazați pe aptameri se bazau pe un singur aptamer care îndeplinea atât rolul de recunoaștere a țintei, cât și pe cel de semnalizare a prezenței acesteia. Citirea semnalului era adesea complexă și necesita echipamente specializate pentru a detecta variații minuscule de fluorescență sau electrice.
„Un test sandwich pentru molecule mici este doar o aplicație. În sens mai larg, acest design cu doi aptameri ne permite să combinăm etape separate de recunoaștere, în loc să cerem unui singur aptamer să facă totul”, a explicat Nakatsuka.
Un test rapid pentru serotonină
Pentru studiu, cercetătorii au folosit aptameri existenți concepuți pentru detectarea a patru molecule mici: serotonina, dopamina, testosteronul și deoxocorticosteronul 21-glucozid (DOG). Au lăsat mai întâi cei patru aptameri primari să se lege de țintele lor, apoi au examinat miliarde de secvențe de ADN pentru a identifica cele care se leagă nu de molecula-țintă, ci de forma aptamerului primar aflat în stare legată.
Au fost identificați aptameri secundari pentru serotonină, testosteron și DOG, iar teste suplimentare au confirmat că aceste secvențe recunosc și se leagă specific de aptamerii primari care captaseră deja țintele.
Ca demonstrație de principiu, echipa a dezvoltat un test de tip lateral flow care a detectat cu succes serotonina, cu un rezultat vizibil cu ochiul liber.
În continuare, cercetătorii lucrează la îmbunătățirea sensibilității testului și a intensității interacțiunilor de legare ale aptamerilor. De asemenea, investighează de ce nu a putut fi identificat un aptamer secundar pentru dopamină.
Dincolo de detectare, recunoașterea în două straturi ar putea fi utilizată și în sisteme de calcul molecular, unde evenimentele de legare ar putea acționa precum comutatoare binare pentru a îndeplini funcții logice simple.
„Permițând aptamerilor să recunoască starea unei molecule, nu doar identitatea ei, lucrarea noastră extinde ceea ce sistemele bazate pe ADN pot detecta și creează o bază pentru straturi mai complexe de recunoaștere moleculară”, a concluzionat Nakatsuka.
