L'expert en nanotechnologie de SMU, MinJun Kim, a aidé une équipe de chercheurs de l'Université du Texas à Austin à développer un moyen moins coûteux de détecter la digestion des nucléases, l'une des étapes critiques de nombreuses applications de détection d'acide nucléique, telles que celles utilisées pour identifier le COVID-19.
La détection des acides nucléiques est la principale méthode d’identification des agents pathogènes responsables des maladies infectieuses. Alors que des millions de tests PCR ont été effectués chaque jour dans le monde pendant la pandémie de COVID-19, il est important de réduire les coûts de ces tests.
Une étude publiée dans la revue Nature Nanotechnology montre que cet outil peu coûteux, appelé Subak, est efficace pour déterminer quand la digestion des nucléases a eu lieu, c'est-à-dire lorsqu'une enzyme appelée nucléase décompose les acides nucléiques, tels que l'ADN ou l'ARN, en fragments plus petits.
La méthode traditionnelle d'identification de l'activité nucléase, la sonde FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), coûte 62 fois plus cher à produire que le journaliste Subak.
"Le reporter Subak est plus rentable et plus simple que les systèmes basés sur FRET, offrant une méthode alternative pour détecter l'activité nucléase", a déclaré Kim, titulaire de la chaire Robert C. Womack à la Lyle School of Engineering de SMU et chercheur principal du BAST Lab. . "De nombreuses méthodes de détection d'acides nucléiques aujourd'hui, telles que la PCR et le DETECTR, reposent encore sur l'utilisation de sondes FRET dans leurs étapes finales."
Contrairement à la PCR, DETECTR (reporteur trans CRISPR ciblé sur l'endonucléase ADN) est un test ou un test plus simple qui s'appuie sur la nucléase CRISPR-Cas pour la détection de l'ADN pathogène. Kim et les chercheurs de l'UT Austin ont remplacé avec succès la sonde FRET par le rapporteur Subak dans le test DETECTR, réduisant ainsi considérablement le coût du test.
Les journalistes de Subak s'appuient sur une classe spéciale de ce que l'on appelle les nanoclusters d'argent fluorescents. Ils sont constitués de 13 atomes d'argent enroulés autour d'un court brin d'ADN, un nanomatériau composite organique/inorganique trop petit pour être visible à l'œil nu et dont la taille varie de 1 à 3 nanomètres (un milliardième de mètre). .
Les nanomatériaux à cette échelle de longueur peuvent être très luminescents, comme les points quantiques, et présenter différentes couleurs. Les nanomatériaux fluorescents ont trouvé des applications dans les écrans de télévision et dans la biodétection, comme le journaliste Subak.
Le chercheur principal Tim Yeh, professeur agrégé de génie biomédical à la Cockrell School of Engineering de l'UT Austin, et son équipe ont programmé les reporters Subak pour qu'ils émettent une couleur différente lorsqu'ils sont digérés par des nucléases.
"Ces nanoamas d'argent modelés sur l'ADN émettent initialement une fluorescence verte, mais subissent un changement de couleur remarquable vers le rouge vif lorsque l'ADN est fragmenté par des nucléases", a déclaré Kim. "Le changement de couleur des reporters Subak est facilement visible sous une lampe UV", même si l'appareil lui-même est minuscule.
La fabrication des reporters Subak ne coûte que 1 $ par nanomolécule. En revanche, le FRET, qui nécessite l'utilisation de différents colorants fluorescents qui en nécessitent davantage pour obtenir des résultats, coûte 62 $ par nanomolécule à produire, a déclaré Kim.
Kim et Madhav L. Ghimire, boursier postdoctoral du doyen de SMU à la Moody School of Graduate and Advanced Studies de SMU, ont travaillé avec Yeh pour optimiser et caractériser les nanoclusters d'argent ADN/AgNC. Cela comprenait l'augmentation de l'intensité de la fluorescence verte et rouge avant et après la fragmentation par les nucléases.
La caractérisation consistait à confirmer la taille, la structure et la stabilité des nanoclusters dans des environnements spécifiques.
"L'optimisation de ces détecteurs à faible coût est essentielle pour surveiller leurs propriétés de fluorescence, garantir la stabilité des nanoclusters, contrôler leur taille et leur structure, et surtout pour améliorer leur sensibilité et leur sélectivité dans diverses conditions environnementales, les rendant ainsi plus fiables à des fins de détection", Ghimire dit.
En plus de tester davantage le rapporteur Subak pour la digestion des nucléases, l'équipe souhaite également déterminer s'il peut servir de sonde pour d'autres cibles biologiques.
Plus d'informations : Hong, S.et al, Un rapporteur d'ADN non FRET qui change la couleur de la fluorescence lors de la digestion des nucléases. Nanotechnologie naturelle (2024). DOI :10.1038/s41565-024-01612-6
Fourni par la Southern Methodist University
