Mechanizm stojący u podstaw nowoczesnej i głośnej ostatnio metody edycji genów CRISPR można wykorzystać także do identyfikacji konkretnych mutacji i tym samym diagnozowania niektórych dziedzicznych chorób - zapewniają naukowcy z University of California w Berkeley i Keck Graduate Institute (KGI). Na łamach czasopisma "Nature Biomedical Engineering" opisują konstrukcję prostego instrumentu, który nazwali CRISPR-Chip, umożliwiającego wykrycie konkretnych mutacji w ciągu zaledwie kilku minut. Przetestowali swoją metodę na przykładzie mutacji prowadzących do dystrofii mięśniowej Duchenne'a.
Mechanizm CRISPR, wykorzystywany miedzy innymi przez bakterie do obrony przed atakiem ze strony wirusów, został wykryty kilkanaście lat temu i wykorzystany do wycinania i korygowania błędnych sekwencji DNA. Względnie prosta i tania metoda daje nadzieję na poważne zastosowania medyczne, z terapią chorób dziedzicznych włącznie. Technika pozwala na znalezienie wadliwego fragmentu DNA, wycięcie go z pomocą odpowiedniego enzymu, na przykład Cas9 i podmianę odcinkiem DNA w prawidłowej postaci. Autorzy pracy użyli mechanizmu CRISPR w celach diagnostycznych, ich aparatura nie wycina i nie koryguje błędnego DNA, pokazuje tylko, że ono tam jest.
Naukowcy i inżynierowie z Kalifornii połączyli w CRISPR-Chip nieaktywny wariant białka Cas9 z elementem gRNA, który potrafi znaleźć wadliwą sekwencję DNA, z tranzystorem wykonanym z grafenu. Gdy kompleks CRISPR/Cas9 wykrywa poszukiwaną mutację, łączy się z odpowiednim fragmentem łańcucha DNA, zmienia przewodność elektryczną grafenu i sprawia, że zmieniają się też właściwości całego tranzystora. To, w ciągu zaledwie kilku minut, sygnalizuje obecność mutacji. Urządzenie może znacznie przyspieszyć diagnostykę pewnych, konkretnych chorób dziedzicznych, może też pomóc w kontroli dokładności procedur edycji genów.
Udało nam się skonstruować pierwszy tranzystor, który wykorzystuje CRISPR do przeszukiwania genomu pod kątem potencjalnych mutacji - tłumaczy prof. Kiana Aran, która wpadła na pomysł stworzenia takiej aparatury jeszcze podczas pracy w UC Berkeley. Wystarczy położyć oczyszczoną próbkę DNA na powierzchni instrumentu i pozwolić CRISP działać. Grafenowy tranzystor pokaże nam wyniki w ciągu kilku minut - zapewnia.
CRISPR-Chip umożliwia prowadzenie testów w warunkach ambulatoryjnych, bez potrzeby powielania próbki DNA i wysyłania jej do laboratorium - dodaje współautor pracy Niren Murthy z UC Berkeley. Wystarczą komórki pacjenta, z których wyizoluje się DNA, a CRISPR-Chip będzie w stanie wykazać, czy pewna, szczególna sekwencja DNA jest tam obecna, czy nie - twierdzi. Grafen jest na tyle elektrycznie czuły, że pozwala w skali całego genomu wykryć efekty znalezienia pojedynczych mutacji. CRISPR daje nam selektywność, tranzystor grafenowy - czułość - podkreśla Aran.
By potwierdzić czułość CRISPR-Chip, zespół z UCBerkeley i KGI wykorzystał metodę do wykrycia w próbkach krwi dwóch najczęstszych mutacji wywołujących dystrofię mięśniową Duchenne'a (DMD). Tu widzą jedno z pierwszych zastosowań nowej technologii. Tę ciężką chorobę wywołują różne mutacje w obrębie genu kodującego białko dystrofinę, jednego z największych w ludzkim genomie. Odkrycie konkretnych mutacji jest trudne, wykorzystanie CRISPR-Chip, może sprawę uprościć i przyspieszyć. Wykrycie wywołujących DMD mutacji jak najwcześniej, nawet u noworodków, mogłoby znacznie przyspieszyć terapię, zanim jeszcze objawy zdążą się rozwinąć.
Autorzy pracy ostrożnie oceniają, że są szanse na wprowadzenie tej metody w ciągu kilku lat.