Forscher am Karolinska-Institut haben eine neuartige Methode entwickelt, bei der DNA-Nanokugeln zum Nachweis von Krankheitserregern verwendet werden. Ziel ist es, Nukleinsäuretests zu vereinfachen und den Nachweis von Krankheitserregern zu revolutionieren. Die Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschrittekönnte den Weg für einen unkomplizierten elektronischen Test ebnen, mit dem verschiedene Nukleinsäuren in unterschiedlichen Szenarien schnell und kostengünstig identifiziert werden können.
Der Hauptforscher Vicent Pelechano, außerordentlicher Professor an der Abteilung für Mikrobiologie, Tumor- und Zellbiologie des Karolinska-Instituts, ist vorsichtig optimistisch, was das Potenzial der Technologie zum Nachweis einer Reihe von Krankheitserregern in realen Umgebungen angeht.
„Die Methodik beinhaltet die Kombination von Molekularbiologie (Generierung von DNA-Nanokugeln) und Elektronik (elektrische Impedanz-basierte Quantifizierung), um ein bahnbrechendes Nachweiswerkzeug zu schaffen“, sagt Vicent Pelechano.
Die Forscher modifizierten eine isotherme DNA-Amplifikationsreaktion namens LAMP, um winzige 1–2 μM große DNA-Nanokugeln zu erzeugen, wenn der Krankheitserreger in der Probe vorhanden war. Diese Nanokugeln werden dann durch winzige Kanäle geleitet und beim Durchgang zwischen zwei Elektroden elektrisch identifiziert. Die Methode hat eine bemerkenswerte Empfindlichkeit beim Nachweis von nur 10 Zielmolekülen und schnelle Ergebnisse in weniger als einer Stunde unter Verwendung eines kompakten, bewegungslosen Systems gezeigt.
„Der schnelle und genaue Nachweis von genetischem Material ist für die Diagnose von entscheidender Bedeutung, insbesondere als Reaktion auf das Auftreten neuer Krankheitserreger“, sagt Vicent Pelechano.
Während der jüngsten COVID-19-Pandemie stellten die Forscher einen umfassenden Einsatz proteinbasierter Diagnostika für Schnelltests fest. Diese Methoden erfordern jedoch eine zeitaufwändige Entwicklung hochwertiger Antikörper. Im Gegensatz dazu bieten Nukleinsäure-basierte Ansätze laut den Forschern eine einfachere Entwicklung, eine höhere Empfindlichkeit und eine inhärente Flexibilität.
Diese neue Methode, die einen markierungsfreien Nachweis ermöglicht, könnte die Einführung neuer Diagnosekits beschleunigen. Durch die Kombination erschwinglicher Massenelektronik mit lyophilisierten Reagenzien verfügt die Technologie über das Potenzial, ein kostengünstiges, weit verbreitetes und skalierbares Point-of-Care-Gerät bereitzustellen.
Das Team begann diese Arbeit als Erweiterung seiner früheren Bemühungen zum LAMP-basierten (Loop-Mediated Isothermal Amplification) Nachweis von SARS-CoV-2 während der Pandemie.
Derzeit erforscht das Forschungsteam aktiv Möglichkeiten, diese Technologie in Bereiche wie Umweltüberwachung, Lebensmittelsicherheit, Viren- und Antibiotikaresistenzerkennung zu integrieren. Das Team prüft außerdem Möglichkeiten für die Lizenzierung oder potenzielle Gründung eines Startups, um von dieser Technologie zu profitieren, und hat kürzlich ein Patent für die Technologie angemeldet.
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Muhammad Tayyab et al., Digitaler Assay zur schnellen elektronischen Quantifizierung klinischer Krankheitserreger mithilfe von DNA-Nanokugeln, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adi4997