SHERLOCK, una plataforma para detectar moléculas de ARN o ADN

Amparo Tolosa, Genética Médica News

 

SHERLOCK ADN

La plataforma SHERLOCK utiliza un sistema CRISPR en el que en lugar de Cas9 se utiliza una enzima con actividad RNAasa. Imagen: Protein Data Base 5F9R. Visualizada con NGL viewer. http://www.rcsb.org.

Se llama SHERLOCK y en el futuro podría ayudar a detectar la presencia de una única molécula concreta de ADN o ARN en una muestra biológica. Investigadores del Instituto Broad y el Instituto de Tecnología de Masachussetts han desarrollado esta plataforma de detección de ácidos nucleicos como herramienta para mejorar el diagnóstico, monitorización y rastreo de enfermedades.

La plataforma SHERLOCK está basada en el sistema CRISPR. Sin embargo, no utiliza la enzima Cas9, habitual para los fines de edición genómica, sino la enzima Cas13a, que se caracteriza por mostrar cierta actividad colateral de RNAasa cuando se activa. Así, el sistema en este caso, consta de un ARN guía que incluye una secuencia complementaria a la cadena de ADN o ARN a detectar y la enzima Cas13a.

El proceso funciona del siguiente modo: en presencia de la molécula de ARN a detectar,  el ARN guía interacciona con la misma y como está acoplado a la enzima Cas13a, ésta es activada. A continuación, la actividad colateral de ARNasa de la enzima Cas13a lleva a la fragmentación y liberación de una molécula de ARN reportera, de forma que se libera una señal que puede ser detectada. Para aumentar la sensibilidad de la detección, un paso previo  es la amplificación del ADN o ARN de la muestra. Además, en el caso del ADN, éste es convertido en ARN, para poder ser detectado.

En la actualidad ya existen otros métodos para detectar moléculas de ADN y ARN, sin embargo, en este caso, la combinación de un sistema de amplificación térmico con el sistema CRISPR utilizando la actividad colateral de Cas13a, permite detectar ADN y ARN en concentraciones mucho más pequeñas. Concretamente, puede detectar los ácidos nucleicos a concentraciones atomolares o incluso detectar la presencia de una única molécula diana.

Además, la plataforma puede ser adaptada para crear pruebas de detección en soporte de papel, de muy bajo precio, que pueden ser utilizadas de forma rápida y eficiente en cualquier escenario clínico posible, sin necesidad de equipamiento avanzado.

SHERLOCK podría ser utilizado para detectar la presencia del virus Zika a partir de diferentes muestras clínicas. Imagen: Molecule of the month. May 2016, David Goodsell
doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2016_5.

En el trabajo, publicado en Science, los investigadores demuestran la utilidad de la plataforma SHERLOCK para diferentes aplicaciones. En primer lugar, comprueban la posibilidad de detectar la presencia del virus ZIKV en pequeñas concentraciones, no sólo en purificados de ácidos nucleicos, sino también a partir de muestras clínicas como suero, orina o saliva. Además, la plataforma puede ser utilizada para diferenciar aislados clínicos de una misma especie bacteriana pero diferentes genes de resistencia a antibióticos.

Otro escenario en el que el equipo prueba la plataforma es en el de la genotipación o análisis de variación del genoma humano. En este caso, se encontró que SHERLOCK permitía distinguir entre alelos de un polimorfismo e identificar los diferentes  genotipos posibles.

Por último, los investigadores demostraron la posibilidad de utilizar SHERLOCK para detectar mutaciones relacionadas con el cáncer en muestras de sangre de pacientes. Esta aproximación es especialmente útil dado que al extraer ADN de la sangre, la mayor parte del mismo es ADN de las células sanguíneas y la proporción de ADN tumoral es minoritaria.

Los autores del trabajo describen a SHERLOCK como un método versátil y robusto para detectar ADN y ARN, aplicable para el diagnóstico rápido incluyendo aplicaciones de enfermedades infecciosas y genotipado sensible.

“Ahora podemos construir de forma efectiva e inmediata sensores para cualquier ácido nucleico, lo que es increíblemente poderoso, cuando piensas en diagnóstico y aplicaciones de investigación,” señala Collins, profesor de Bioingeniería en el MIT y la Universidad de Harvard. “Esta herramienta ofrece la sensibilidad de poder detectar una porción extremadamente pequeña de ADN del cáncer en una muestra de sangre de un paciente, algo que por ejemplo, ayudaría a los investigadores a entender cómo el cáncer muta con el tiempo.” El investigador añade que en caso de la salud pública, SHERLOCK podría ayudar a los investigadores a monitorizar la frecuencia de bacterias resistentes a antibióticos en una población.

Investigación original: Gootenberg, J. S., Abudayyeh, O.O. et al. Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. Science. Online first: April 13, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1126/science.aam9321

Fuente:  Scientists unveil CRISPR-based diagnostic platform. https://www.broadinstitute.org/news/scientists-unveil-crispr-based-diagnostic-platform

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