Por primera vez en el conjunto de herramientas genéticas conocido como CRISPR, se descubrió que una proteína descubierta recientemente actúa como una especie de sistema de autodestrucción multipropósito para las bacterias, capaz de degradar el ARN monocatenario, el ADN monocatenario y el ADN bicatenario. Con sus capacidades para apuntar a tantos tipos de material genético, el descubrimiento tiene potencial para el desarrollo de nuevas pruebas de diagnóstico en el hogar, económicas y altamente sensibles para una amplia gama de enfermedades infecciosas, incluidas la COVID-19, la influenza, el ébola y el zika, según a los autores de un nuevo estudio en la revista Nature.

Usando una técnica de imágenes de alta resolución llamada crio-EM, el equipo descubrió que cuando esta proteína, llamada Cas12a2, se une a una secuencia específica de material genético de un virus potencialmente peligroso, llamado ARN objetivo, una parte lateral de Cas12a2 se balancea hacia afuera. revelar un sitio activo, similar a una navaja de resorte abierta. Luego, el sitio activo comienza a cortar indiscriminadamente cualquier material genético con el que entre en contacto. Los investigadores descubrieron que, con una sola mutación en la proteína Cas12a2, el sitio activo degrada solo el ADN monocatenario, una característica especialmente útil en el desarrollo de nuevos diagnósticos adaptados para cualquiera de una amplia gama de virus.

Una prueba basada en esta tecnología teóricamente podría combinar las mejores características de las pruebas basadas en PCR que detectan material genético de un virus (alta sensibilidad, alta precisión y la capacidad de detectar una infección activa) con las mejores características de las pruebas de diagnóstico rápido en el hogar. (Económico de producir sin necesidad de equipo de laboratorio especializado). También sería fácilmente adaptable a cualquier nuevo virus de ARN.

« Si sale un nuevo virus mañana, todo lo que tiene que hacer es descubrir su genoma y luego cambiar el ARN guía en su prueba, y tendrá una prueba contra él », dijo David Taylor, profesor asociado de biociencias moleculares. en la Universidad de Texas en Austin y coautor correspondiente del nuevo estudio.

Tal diagnóstico aún requeriría un trabajo por separado y probablemente implicaría recolectar saliva o una muestra nasal de un paciente para mezclarla con la proteína Cas12a2 modificada del equipo, la pieza de ARN guía que actúa como una foto policial para identificar un virus específico y una sonda fluorescente. diseñado para encenderse cuando se corta su ADN monocatenario.

CRISPR es el nombre de un conjunto de herramientas que se encuentran naturalmente en las bacterias, pero que los científicos han adaptado para su uso en la edición de genes. Esta es la primera proteína CRISPR que degrada una variedad tan amplia de material genético.

« Cas12a2 básicamente agarra los dos extremos de la doble hélice del ADN y los dobla con mucha fuerza », dijo Jack Bravo, becario postdoctoral en UT Austin y coautor del artículo. « Entonces, la hélice en el medio se abre, y luego esto permite que este sitio activo destruya los fragmentos de ADN que se vuelven monocatenarios. Esto es lo que hace que Cas12a2 sea diferente de todos los demás sistemas dirigidos al ADN ».

El coautor correspondiente del artículo es Ryan Jackson y el coautor Thomson Hallmark, ambos de la Universidad Estatal de Utah. Los otros coautores son Bronson Naegle del estado de Utah y Chase Beisel del Centro Helmholtz para la Investigación de Infecciones y la Universidad de Würzburg en Alemania.

Los datos estructurales se recolectaron utilizando las instalaciones crio-EM en el Laboratorio de Biología Estructural Sauer en la Universidad de Texas en Austin.

Taylor, Bravo, Hallmark y Jackson son inventores de una solicitud de patente que cubre modificaciones a la proteína Cas12a2 que le permiten cortar solo ADN monocatenario y para su uso en diagnósticos. La Oficina de Comercialización de Tecnología de UT Austin está administrando la propiedad intelectual y trabajando para encontrar socios de la industria que puedan ayudar a desarrollar el potencial de la tecnología.

Este trabajo fue apoyado en parte por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los Institutos Nacionales de Salud, la Agencia Federal Alemana para la Innovación Disruptiva, la Fundación Welch y la Fundación Robert J. Kleberg, Jr. y Helen C. Kleberg. David Taylor es un erudito de CPRIT apoyado por el Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas.

Un artículo complementario en la misma edición de Nature describe las funciones biológicas de Cas12a2, mientras que el artículo descrito en este comunicado de prensa describe los mecanismos por los cuales la proteína las lleva a cabo.