Per. Ağu 15th, 2019

Bilimin Işığında !

Yeni CRISPR destekli cihaz, genetik mutasyonları dakikalar içinde tespit ediyor.

5 min read

UC Berkeley ve Claremont Colleges Keck Graduate Institute (KGI) mühendislerinden oluşan bir ekip, belirli genetik mutasyonları birkaç dakika içinde tespit edebilen yeni bir el cihazı oluşturmak için CRISPR tekniğini grafenden yapılan elektronik transistörlerle birleştirdi.

CRISPR-Chip adlı cihaz, genetik hastalıkları hızlı bir şekilde teşhis etmek veya gen düzenleme tekniklerinin doğruluğunu değerlendirmek için kullanılabilir. Ekip, cihazı Duchenne kas distrofisi hastalarından DNA örneklerinde genetik mutasyonları belirlemek için kullandı.

Araştırmacılar, ”potansiyel mutasyonları araştırmak için  CRISPR’ı kullanan ilk transistörü geliştirdik, ”dedi.

“Saflaştırılmış DNA örneğinizi sadece çipin üzerine koyuyorsunuz, CRISPR’ın arama yapmasına izin veriyorsunuz ve grafen transistör bu aramanın sonucunu birkaç dakika içinde rapor ediyor.”

Bu teknolojiyi geliştiren; Aran, 25 Mart’ta Nature Biomedical Engineering dergisinde çevrimiçi görünen cihazı tanımlayan makalenin yazarı.

Doktorlar ve genetikçiler, DNA’yı, bir dizi özellik ve koşulun altında yatan genetik mutasyonları belirlemek için dizileyebilirler. 23andMe ve AncestryDNA gibi şirketler, bu testleri meraklı tüketiciler için  uygun şekilde sunabilir.

Ancak, son zamanlarda geliştirilen CRISPR-tabanlı teşhis teknikleri de dahil olmak üzere çoğu genetik test formunun aksine, CRISPR-Chip, DNA örneklerinde genetik mutasyonları tespit etmek için ilk olarak milyonlarca kez ilgi çeken DNA segmentini çoğaltmadan nanoelektronik kullanır. Polimeraz zincirleme reaksiyonu veya PCR adı verilen bir işlemdir. Bu, bir doktorun ofisinde veya saha çalışması ortamında genetik test yapmak için bir laboratuvara örnek göndermek zorunda kalmadan cihazı kullanılabileceği anlamına gelir.

UC Berkeley’deki biyomühendislik profesörü Niren Murthy “CRISPR-Chip, gerçekten önemli bir noktaya sahip olma avantajına sahip, iyi bir DNA örneğiniz varsa, başucunuzda gerçekten yapabileceğiniz birkaç şeyden biri” dedi.

“Sonunda, sadece bir kişinin hücrelerini almanız, DNA’sını çıkarmanız ve onu CRISPR-Chip ile karıştırmanız gerekir ve belirli bir DNA dizisinin olup olmadığını söyleyebilirsiniz. Bu potansiyel olarak DNA için gerçek bir başucu testine sahip olmanız demek. ”


An illustration of a CRISPR-Cas9 protein bonded to a sheet of graphene

CRISPR-Chip, bir DNA örneğindeki spesifik genetik dizileri tespit etmek için grafenden yapılmış bir transistöre bağlı devre dışı bırakılmış CRISPR-Cas9 proteinini kullanır. (Grafik  Kiana Aran)

 

CRISPR-Cas9 sistemi, araştırmacılara daha önce benzeri görülmemiş gen düzenleme yetenekleri sağlayarak, bir çift makas gibi hassas konumlardaki DNA ipliklerini koparma kabiliyeti ile ünlüdür. Fakat Cas9 proteininin genleri kesin bir şekilde kesmesi ve yapıştırması için, önce DNA’da kesmesi gereken noktaları belirlemesi gerekir.

Cas9’un genom üzerinde belirli bir yeri bulması için, bilim adamları önce onu,  ilgi DNA dizisine tamamlayıcı olan küçük bir RNA parçası olan “kılavuz RNA” snippet ile donatmalıdır. Hacimli protein ilk önce çift sarmallı DNA’yı açar ve kılavuz RNA ile eşleşen diziyi bulana kadar tarar ve ardından kenetlenir.

CRISPR’nin gen hedefleme yeteneğinden faydalanmak için araştırmacılar, DNA üzerinde belirli bir yer bulabilen, ancak onu kesmeyen, onu grafenden yapılmış transistörlere bağlayan Cas9’ın bir varyantı olan bir Cas9 proteinini kullandılar. CRISPR kompleksi hedeflediği DNA üzerindeki noktayı bulduğunda, ona bağlanır ve transistörün elektrik özelliklerini değiştiren grafenin elektrik iletkenliğinde bir değişikliği tetikler. Bu değişiklikler, ekibin endüstriyel ortakları tarafından geliştirilen el tipi bir cihazla tespit edilebilir.

Tek bir atomik karbon katmanından inşa edilen grafen elektriksel olarak hassastır, PCR genleşmesi olmadan tam genom numunesinde “hit” olan bir DNA sekansını tespit edebilir.

Aran, “Graphene’in süper hassasiyeti, CRISPR’in DNA arama faaliyetlerini tespit etmemizi sağladı” dedi. “CRISPR seçiciliği getirdi, grafen transistörler hassasiyeti getirdi ve birlikte, bu PCR’siz veya amplifikasyonsuz tespiti yapabildik.”

Aran, cihazı kısa sürede seri üretime geçirmeyi umuyor ve doktorların aynı anda birkaç genetik mutasyonun birkaç dakika içinde aynı anda algılaması için birden fazla kılavuz RNA’yı kullanmasını sağlıyor.

Aran, “Bizim durumumuzda transistörlerde çok sayıda arama kutusunun bulunduğu bir sayfa hayal edin ve rehberinizdeki RNA bilgilerinizi bu arama kutularında bulundurun; bu transistörlerin her biri arama yapacak ve sonucu elektronik olarak rapor edecek” dedi.
CRISPR-Chip’in hassasiyetini göstermek için ekip, cihazı Duchenne kas distrofisi (DMD) hastalarından alınan kan örneklerinde iki genel genetik mutasyon tespit etmek için kullandı.

Makalenin ortak yazarı olan Conboy, CRISPR-Chip’in DMD taraması için özellikle yararlı bir cihaz olabileceğini, çünkü şiddetli kas kaybına neden olan hastalığın, insan genomundaki dev distrofin genindeki mutasyonlardan kaynaklanabileceğini söylerken, PCR-bazlı genetik testlerin kullanımının pahalı ve zaman alıcı olabiliceğine dikkat çekiyor.

 


A photo of gloved hands holding an electronic chip

Her bir ayrı çip, farklı DNA dizilerini tespit etmek için farklı RNA kılavuzlarıyla donatılmış Cas9 proteinleri ile kaplanabilir. (Keck Graduate Institute fotoğraf)

“Dijital bir cihazla, tüm distrofin geni boyunca kılavuz RNA’lar tasarlayabilir ve daha sonra genin tüm sekansını birkaç saat içinde tarayabilirsiniz. Distrofin mutasyonlarının varlığı veya yokluğu için ebeveynleri ve hatta yenidoğanları tarayabilirsiniz ve sonra mutasyon bulunursa, hastalık gerçekten gelişmeden önce tedaviye erken başlanabilirsiniz ”dedi.

 

Murthy, hızlı genetik testlerin, doktorların hastaları için bireysel tedavi planları geliştirmelerine yardımcı olmak için de kullanılabileceğini söyledi. Örneğin, genetik varyasyonlar bazı insanları Plavix gibi pahalı kan inceltici maddelere cevap vermemesine neden olur.

Murthy, “Belirli mutasyonlarınız veya belirli DNA dizileriniz varsa, bu belirli ilaçlara nasıl cevap vereceğinizi çok doğru bir şekilde tahmin edecektir” dedi Murthy.

Aran; Son olarak, CRISPR-Chip, CRISPR’ın spesifik DNA sekanslarına bağlanıp bağlanmadığını izlemek için kullanılabildiğinden, CRISPR-bazlı gen düzenleme tekniklerinin etkinliğini test etmek için de kullanılabilir. Örneğin, kılavuz RNA dizilerinin doğru tasarlandığını doğrulamak için kullanılabilir, dedi.

Aran, “Modern nanoelektroniğin modern biyoloji ile birleştirilmesi, daha önce erişilemeyen yeni biyolojik bilgilere erişmek için yeni bir kapı açıyor” dedi.

 

Bu çalışma öncelikle Aran Lab’e Keck Start-up fonu, Rogers Aile Vakfı ve Açık Hayırsever Araştırma Armağanı tarafından desteklendi.

 



 

 


Kaynaklar:


Berkeley


Bu makaleyi 5 dakikada okuyabilirsiniz.

Bir Cevap Yazın

Facebook ile giriş yap !

Twitter

İnstagram

  • Bekliyoruz !

International ITU MBG Student Congress'19 için erken kayıtlarımız hala devam etmektedir!! Erken kayıt ücretlerimiz İTÜ öğrencileri için 80TL, İTÜ dışı katılımcılarımız için 85TL.
Kongremizin dili İngilizce olup erken kayıt kontenjan ile sınırlıdır. Ayrıca, katılımcılarımıza sertifika verilecektir.

Daha detaylı bilgi ve iletişim için; 
https://www.facebook.com/itumbgstudentcongress/
itumbgclub@gmail.com
http://www.mbgkongre.itu.edu.tr/
------------------------------------------------------------
The early registration is still open for International ITU MBG Congress'19!! Early Registration is 85 TL, for ITU students 80TL.
Language of the congress is English and early registration is limited. Participants will be awarded with certificates.

For more detailed information and communication; 
https://www.facebook.com/itumbgstudentcongress/
itumbgclub@gmail.com
http://www.mbgkongre.itu.edu.tr/

Follow Me!

Copyright 2019 © Moleküler Biyoloji ve Genetik All rights reserved. | Newsphere by AF themes.