Enzyme CRISPR được cải tiến giúp phát hiện HIV nhạy hơn 100 lần

CRISPR thường được biết đến như công cụ chỉnh sửa gene, nhưng các hệ thống khác nhau trong công nghệ này có chức năng riêng. Cas13a nhắm vào RNA thay vì DNA, nhờ đó có thể được sử dụng để nhận diện vật liệu di truyền của virus RNA như HIV hoặc SARS-CoV-2.

Cas13a được tạo ra bằng CRISPR được dẫn hướng đến RNA mục tiêu.

Trong một xét nghiệm, enzyme Cas13a được ghép với một đoạn RNA dẫn đường có trình tự phù hợp với mục tiêu cần phát hiện. Khi gặp RNA đích, hệ thống kích hoạt hoạt động của enzyme và tạo ra tín hiệu, chẳng hạn sự thay đổi màu sắc hoặc tín hiệu huỳnh quang. Tín hiệu này cho phép xác định liệu mẫu có chứa vật liệu di truyền cần tìm hay không.

Thách thức là enzyme cần đồng thời có hai đặc tính: đủ nhạy để phát hiện lượng RNA rất nhỏ và đủ ổn định để hoạt động trong điều kiện xét nghiệm thực tế, vốn có thể bao gồm nhiệt độ cao hoặc các điều kiện hóa học khắc nghiệt.

Nhóm nghiên cứu bắt đầu với một biến thể Cas13a chịu được điều kiện tương đối khắc nghiệt, nhưng độ nhạy chưa đủ cao. Seye J. Oladeji, nghiên cứu sinh tại Đại học Rice và tác giả thứ nhất, đã khảo sát cấu trúc protein để xác định những vùng có thể điều chỉnh.

Protein Cas13a thay đổi hình dạng khi liên kết với RNA mục tiêu, khiến việc xác định cấu trúc chính xác trở nên khó khăn. Nhóm thiết kế phương pháp giúp giữ phức hợp Cas13a và RNA ở trạng thái thuận lợi hơn để phân tích, từ đó xác định những vùng protein có thể ảnh hưởng đến độ nhạy.

Xét nghiệm RNA có thể được phát triển trên nhiều nền tảng.

Sau đó, các nhà khoa học thay đổi hai vùng được lựa chọn. Khi kết hợp cả hai thay đổi, enzyme trở nên quá nhạy và phát tín hiệu ngay cả khi không có RNA mục tiêu. Điều này cho thấy tăng độ nhạy không phải lúc nào cũng tốt nếu làm tăng nguy cơ kết quả dương tính giả.

Khi chỉ điều chỉnh một vùng, nhóm đạt mức cải thiện độ nhạy khoảng 100 lần mà không làm mất tính ổn định. Đây là điểm quan trọng của thiết kế: cải thiện khả năng phát hiện nhưng vẫn giữ được độ tin cậy của phép thử.

Nhóm thử enzyme đã cải tiến trong xét nghiệm sử dụng mẫu HIV tổng hợp, không lây nhiễm. Kết quả cho thấy hiệu suất phát hiện được cải thiện đáng kể so với biến thể ban đầu.

Yang Gao, phó giáo sư Khoa học sinh học tại Đại học Rice và tác giả liên hệ, cho biết enzyme dùng trong xét nghiệm cần phát hiện được lượng RNA rất nhỏ trong khi vẫn chịu được điều kiện sử dụng. Nhóm nghiên cứu hy vọng biến thể Cas13a ổn định và nhạy hơn có thể hữu ích trong những nền tảng xét nghiệm khác nhau.

Nghiên cứu sinh Seye Oladeji - tác giả chính cầm trên tay một mẫu xét nghiệm do mình phát triển.

Một lợi thế của CRISPR là có thể thay đổi đoạn RNA dẫn đường để nhận diện trình tự mục tiêu khác. Về nguyên tắc, cùng một enzyme có thể được lập trình để phát hiện SARS-CoV-2, virus cúm, Ebola, Zika, virus hợp bào hô hấp hoặc viêm gan C bằng cách thay đổi phần dẫn đường phù hợp.

Công trình được công bố trên Cell Chemical Biology.

Dù kết quả cải thiện độ nhạy rất đáng chú ý, thử nghiệm với RNA tổng hợp trong phòng thí nghiệm khác với xét nghiệm trên mẫu bệnh nhân. Máu và các loại mẫu sinh học có thể chứa những thành phần gây nhiễu, trong khi xét nghiệm thực tế còn phải được đánh giá về độ đặc hiệu, giới hạn phát hiện, độ lặp lại và nguy cơ dương tính hoặc âm tính giả.

Video: Hướng dẫn tự xét nghiệm HIV bằng dịch miệng tại nhà |SKĐS