Новий спосіб молекулярної діагностики виявився в мільйон разів чутливішим за звичайні методи.
Метод редагування генома під назвою CRISPR (або CRISPR/Cas) зараз у всіх на слуху. Його в прямому сенсі слова запозичили у бактерій: у своєму природному вигляді механізм CRISPR/Cas служить для руйнування вірусного геному в бактеріальній клітці.
CRISPR/Cas являє собою досить складний молекулярний апарат, в якому CRISPR - послідовності в бактеріальній ДНК, що зберігають противірусні інструкції, а Cas - білки, який за цією інструкцією полюють за вірусною нуклеїновою кислотою і знищують її. У якийсь момент біологи помітили, що за допомогою такої системи можна досить точно вносити виправлення в будь-який геном будь-якої клітини. Бактеріальну CRISPR/Cas модифікували для нових цілей і стали активно використовувати в біотехнологічних експериментах, попутно її вдосконалюючи; і багато хто напевно пам'ятає гучну роботу китайських дослідників, які за допомогою CRISPR/Cas підправили геном людському ембріону.
У перспективі CRISPR/Cas дозволить нам позбавлятися від негативних мутацій, і, якщо все вийде, ми забудемо про спадкові захворювання, про канцерогенні мутації і про багато іншого. Однак, захопившись редагуючими можливостями CRISPR/Cas, всі забули про її початкову функцію - шукати вірусну інфекцію. І ось зараз у Science дослідники з Інституту Броуда, Массачусетського технологічного інституту і ряду інших наукових центрів випустили статтю, в якій описують швидкий, недорогий і надзвичайно ефективний спосіб діагностики вірусних та інших інфекцій за допомогою системи CRISPR/Cas. (Варто зазначити, що в співавторах статті є і Євген Кунін, який був одним з її першовідкривачів і який зараз працює в Національних інститутах здоров'я США.)
По суті, з редагуючою CRISPR/Cas її нова, діагностична версія досить схожа: і там, і там все зводиться до того, щоб білок, тримаючи при собі якийсь шаблон-інструкцію у вигляді нуклеїнової кислоти (і там, і там в якості шаблону використовується РНК), шукав таку ж послідовність в інших нуклеїнових кислотах, і, виявивши схожість, проробляв би з нуклеїновою кислотою господаря якусь «хірургічну» операцію. Відмінності ж в тому, що та система, яка сконструйована для редагування генома, шукає збіги в клітинній ДНК, і далі точково вирізає з неї крихітний шматочок з мутацією.
Діагностична ж CRISPR/Cas шукає РНК вірусного або бактеріального походження, і, крім того, фермент Cas, який тут використовується - це абсолютно особливий білок під назвою Cas13a. Характерна особливість Cas13a в тому, що, знайшовши мішень і «надкусивши» її, він далі починає руйнувати абсолютно будь-які РНК, що зустрічаються у нього на шляху. В організм таку систему не запустиш, але зате її можна використовувати для діагностики.
Наприклад, ми підозрюємо, що пацієнт заразився якимось вірусом. У зразок для аналізу, взятий у пацієнта, ми вносимо фермент Cas13a, який запрограмований шукати РНК нашого вірусу; але, крім Cas13a, ми ще вносимо сторонню РНК, до якої пришита мітка, що світиться. Мітка починає світитися тільки тоді, коли молекула РНК, до якої вона прив'язана, руйнується. Тоді, якщо в зразку є вірус, фермент його знайде, розщепить, і після цього, як ми тільки що сказали, накинеться взагалі на будь-які РНК, які знайде - і тоді наша аналітична суміш почне світитися. Систему назвали SHERLOCK - specific high sensitivity enzymatic reporter unlocking.
Те ж саме можна зробити і щодо бактеріальної РНК, і навіть щодо ДНК, так що за допомогою SHERLOCK'a можна дізнатися, чи є в ДНК ракові мутації, або ж визначити, яка бактерія оселилася в організмі і як у неї йдуть справи зі стійкістю до антибіотиків. Словом, медичних додатків тут може бути дуже багато.
Що до чутливості, то SHERLOCK в мільйон разів чутливіше звичайних імунологічних тестів ELISA, в яких хвороба, будь то інфекція або рак, шукають за характерними білками. Іншими словами, цей метод дозволяє помітити небезпеку тоді, коли інші методи не побачать нічого.
SHERLOCK не вимагає довгих і складних маніпуляцій (весь аналіз можна провести на шматочку скловолокнистого паперу, який утримує на собі нуклеїнові кислоти), і, нарешті, один тест коштує всього 61 цент. Можна припустити, що на медичний ринок система SHERLOCK вийде виключно швидко.