Ученые создали настраиваемый инструмент для поиска биомаркеров

Исследователи из Университета Райса разработали метод с непрерывной настройкой для обнаружения и количественного определения ДНК и РНК биомаркеров.

Биоинженер Дэвид Чжан и его коллеги создали уникальный способ корректировать реагенты нуклеиновых кислотных зондов "на лету" для надежного подсчета целевых последовательностей.

Работа подробно описана в статье с открытым доступом в журнале Nature Methods.

Способность идентифицировать последовательности ДНК или РНК, особенно мутации, стала критически важной для обнаружения заболеваний и разработки методов лечения. Однако найти конкретный биомаркер в огромном количестве генетического кода сложно.

Команда Чжана специализируется на решении этой задачи. В новой работе лаборатория разрабатывает синтетические ДНК "протекторы", которые имитируют целевую последовательность и конкурируют с мишенью за связывание с зондами. Изменяя стехиометрию (пропорцию веществ в химических реакциях) этих протекторов, исследователи могут контролировать баланс реакций, чтобы регулировать яркость флуоресцентных зондов.

Например, если есть два биомаркера, высокая экспрессия одного может "затмить" низкую экспрессию другого. Поскольку единичную яркость каждого биомаркера можно регулировать, новый метод позволяет одновременно и точно наблюдать множество биомаркеров.

"В принципе, мы можем настраивать бесконечно, — говорит Чжан. — Но мы жертвуем временем, трудом и стоимостью ради того, что действительно нужно людям. Если мы можем получить 90% ценности за два шага, вероятно, нет смысла делать еще пять шагов для 95%".

Чжан, ведущие авторы Люсия Ву и Дж. Шерри Ван и их коллеги создали программное обеспечение для помощи исследователям в разработке собственных зондов. Веб-программа позволяет вставлять генные последовательности и выделять интересующие области для генерации дизайна зондов. Программа бесплатна и доступна по адресу http://nablab.rice.edu/nabtools/.

Дизайн зондов осложняется тем, что исследователи часто ищут множество биомаркеров одновременно, и эти биомаркеры взаимодействуют друг с другом. "Исследователям приходится заранее решать, измерять ли чувствительность целевых последовательностей к их зондам или их специфичность при связывании, — объясняет Чжан. — К сожалению, эти две цели взаимоисключающи. Если вы улучшаете чувствительность, специфичность падает, и наоборот.

Мы изменили чувствительность и специфичность разных зондов независимым и развязанным образом. Мы представляем ДНК как тарелку с едой, а наши молекулы — как солонку и перечницу: мы меняем "вкус" ДНК-зонда, подсаливая его немного большей стехиометрией или перча большим количеством протектора".

В одном из успешных тестов лаборатория разработала молекулы для обнаружения мутационных последовательностей в исторических образцах биопсии, сохраненных в парафине, от онкологических пациентов. Одна из целей исследователей — разработать неинвазивную диагностику рака, обнаруживающую ДНК-биомаркеры в образцах крови для раннего скрининга и выявления рецидивов.

Чжан ожидает, что метод найдет широкое применение. Он и Ван основали стартап-компанию Searna Technologies для дальнейшей разработки и коммерциализации технологии и ее применения для обнаружения рака.