Neue Methode kombiniert DNA-Nanokugeln und Elektronik, um eine einfache Erkennung von Pathogenen zu ermöglichen.

10. September 2023

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von Karolinska Institutet

Forscher am Karolinska-Institut haben eine neuartige Methode entwickelt, bei der DNA-Nanobälle zur Erkennung von Krankheitserregern verwendet werden. Ziel ist es, die Untersuchung von Nukleinsäuren zu vereinfachen und die Erkennung von Krankheitserregern zu revolutionieren. Die Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in Science Advances, könnten den Weg für einen unkomplizierten elektronischen Test ebnen, der in der Lage ist, verschiedene Nukleinsäuren in verschiedenen Szenarien schnell und kostengünstig zu identifizieren. 

Der Hauptermittler Vicent Pelechano, Associate Professor am Karolinska-Institut, Abteilung für Mikrobiologie, Tumor- und Zellbiologie, ist vorsichtig optimistisch hinsichtlich des Potenzials der Technologie, eine Vielzahl von Krankheitserregern in realen Umgebungen zu erkennen.

"Die Methodik umfasst die Kombination von molekularer Biologie (Erzeugung von DNA-Nanobällen) und Elektronik (elektrische Impedanz-basierte Quantifizierung), um ein bahnbrechendes Detektionstool zu liefern", sagt Vicent Pelechano.

Die Forscher haben einen isothermen DNA-Amplifikationsprozess namens LAMP modifiziert, um winzige 1-2μM große DNA-Nanobälle zu erzeugen, wenn der Krankheitserreger in der Probe vorhanden war. Diese Nanobälle werden dann durch winzige Kanäle geleitet und elektrisch identifiziert, während sie zwischen zwei Elektroden hindurchwandern. Die Methode hat eine bemerkenswerte Empfindlichkeit gezeigt und kann bereits zehn Zielmoleküle in weniger als einer Stunde erkennen. Dabei wird ein kompaktes, bewegungsloses System verwendet.

"Die schnelle und genaue Erkennung genetischen Materials ist entscheidend für die Diagnose, insbesondere in Reaktion auf das Auftreten neuer Krankheitserreger", sagt Vicent Pelechano.

Während der jüngsten COVID-19-Pandemie wurde der weit verbreitete Einsatz proteinbasierter Diagnostiktests zur schnellen Untersuchung festgestellt. Diese Methoden erfordern jedoch zeitaufwändige Entwicklung hochwertiger Antikörper. Nukleinsäurebasierte Ansätze bieten im Gegensatz dazu eine einfachere Entwicklung, eine erhöhte Empfindlichkeit und inhärente Flexibilität, wie die Forscher erklären.

Diese neue Methode, die eine labellose Detektion ermöglicht, könnte die Einführung neuer Diagnosekits beschleunigen. Durch die Integration von erschwinglicher Massenproduktionselektronik mit lyophilisierten Reagenzien besitzt die Technologie das Potenzial für ein günstiges, weit verbreitetes und skalierbares Point-of-Care-Gerät.

Das Team begann diese Arbeit als Erweiterung seiner vorherigen Bemühungen in der LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) basierten Erkennung von SARS-CoV-2 während der Pandemie.

Derzeit erforscht das Forschungsteam aktiv Möglichkeiten, diese Technologie in Bereiche wie Umweltüberwachung, Lebensmittelsicherheit, Virus- und Antibiotikaresistenz zu integrieren. Das Team prüft auch Möglichkeiten zur Lizenzierung oder zur Gründung eines Start-ups, um diese Technologie zu nutzen, nachdem kürzlich ein Patent beantragt wurde.

Journal-Information: Science Advances

Bereitgestellt von: Karolinska Institutet