محققان پیشگام روش جدیدی برای تقویت و تشخیص سریع miRNA هستند

در اوایل دهه 1990، دانشمندانی که در حال مطالعه توسعه یک کرم گرد بودند، یک مولکول RNA کوچک را شناسایی کردند که بیان ژن های خاص را تنظیم می کرد. این نشان دهنده کشف میکرو RNA ها (miRNA ها) است که امروزه در تمام اشکال حیات وجود دارد. همانطور که مشخص است، این مولکول ها در بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی نقش اساسی دارند.

چند سال بعد، محققان دریافتند که بیماری‌ها می‌توانند بیان miRNA‌ها را تنظیم نکنند و پتانسیل آن‌ها را به‌عنوان نشانگرهای زیستی برجسته کنند. در واقع، بیان غیرطبیعی miRNA مشخصه همه بیماری های مرتبط با تومور است. بنابراین، تکنیک‌های تشخیص miRNA ممکن است برای تشخیص زودهنگام سرطان مفید باشد.

با این حال، miRNA ها کوچک هستند و به راحتی تجزیه می شوند، که تشخیص سریع و کمی سازی آنها را دشوار می کند. برای شناسایی miRNA ها در یک نمونه، معمولاً ابتدا باید آنها را “تقویت” کرد. به زبان ساده، این به معنای تکثیر چندباره یک miRNA هدف از طریق فرآیندهای بیوشیمیایی است به طوری که تشخیص miRNA مذکور از طریق روش‌های ارزان‌قیمت آسان‌تر است. متأسفانه، بیشتر تکنیک‌های پیشرفته برای تقویت miRNA می‌تواند بیش از پنج ساعت طول بکشد تا استفاده از آن‌ها در آزمایش‌های نقطه مراقبت محدود شود.

در مقابل این پس‌زمینه، یک تیم تحقیقاتی از جمله استادیار چونگ ژانگ از دانشگاه تسینگ‌هوا، چین، اخیراً روش جدیدی را برای تقویت و تشخیص سریع miRNA ارائه کرده‌اند. همانطور که در آخرین مقاله آنها، که در 27 مارس 2023 منتشر شد، توضیح داده شده است تحقیقات طراحی زیستی، این تیم دو تکنیک بیوشیمی را که به خوبی مطالعه شده بودند در یک روش ترکیب کردند به نحوی که زمان کلی مورد نیاز را بسیار کاهش داد.

اولین تکنیکی که آنها استفاده کردند تقویت دایره نورد (RCA) نام داشت. در RCA، ایده طراحی یک مولکول DNA دایره ای یا “کاوشگر” است که قطعه RNA هدف به آن متصل می شود. سپس، هنگامی که آنزیم های DNA پلیمراز و بلوک های سازنده DNA لازم معرفی شدند، قطعه RNA با افزودن نوکلئوتیدهای مکمل به پروب دایره ای گسترش می یابد. این فرآیند منجر به ایجاد یک رشته طولانی و منفرد از ماده ژنتیکی می شود که حاوی چندین نسخه از کاوشگر دایره ای است.

اینجاست که تکنیک دوم، CRISPR-Cas12a وارد عمل می شود. CRISPR-Cas12a یک ابزار ژنتیکی پرکاربرد است که در آن یک مجتمع مولکولی برای اتصال به یک توالی DNA خاص مهندسی شده است. در این مورد، محققان این مجموعه را طوری طراحی کردند که به ناحیه ای در توالی مکمل به کاوشگر دایره ای متصل شود. به این معنا که کمپلکس‌های CRISPR-Cas12a چندین بار در امتداد تک رشته‌ای از DNA که از طریق RCA تولید شده بود، متصل می‌شوند. هنگامی که این کمپلکس ها متصل شدند، بخش Cas12a فعال شد و یک کاوشگر فلورسنت را از خاموش کننده آن جدا کرد. به نوبه خود، این یک سیگنال فلورسنت به راحتی قابل تشخیص ایجاد می کند که هر چه RNA هدف اولیه بیشتر تقویت شود، روشن تر می شود.

علاوه بر ترکیب این تکنیک‌ها، محققان زمان واکنش مرحله RCA را با استفاده از «کاوشگرهای پیش دایره‌ای» بهبود دادند. یعنی بر خلاف اکثر روش های استاندارد RCA، پروب ها شکل دایره ای خود را داشتند قبل به واکنش همانطور که پروفسور ژانگ بیان می کند، این باعث می شود که فرآیند تشخیص سریعتر بدون به خطر انداختن عملکرد سیستم انجام شود:تشخیص miRNA تنها در 70 دقیقه به جای پنج ساعت معمول، با محدودیت تشخیص عالی 8.1 pM و ویژگی بسیار بالا تکمیل می شود.“

به طور کلی، رویکرد پیشنهادی آینده روشنی را برای تشخیص miRNA و استفاده از آنها به عنوان نشانگرهای زیستی ترسیم می کند. پروفسور ژانگ با رضایت از نتایج، نتیجه می گیرد: “طراحی ما کارایی استراتژی‌های سنجش مبتنی بر CRISPR–Cas و RCA را بهبود می‌بخشد و پتانسیل بالایی در تشخیص مبتنی بر آزمایشگاه و آزمایش‌های نقطه‌ای از مراقبت نشان می‌دهد..از آنجایی که تکنیک های مورد استفاده در این روش گران و پیچیده برای اجرا نیستند، پذیرش گسترده رویکرد پیشنهادی در محیط های بالینی امکان پذیر است.

این تلاش‌ها راه را برای ابزارهای تشخیصی بهتر در برابر سرطان و سایر بیماری‌هایی که بر بیان miRNA تأثیر می‌گذارند هموار می‌کند.