Guld nanopartikler knyttet til enkeltstrenget DNA skaber et simpelt, men alsidigt genetisk testkit

Tests til at identificere genetiske variationer mellem individer, som kan bruges til at udvikle præcist målrettede lægemiddelterapier, er et aktuelt fokus inden for det nye farmakogenomiske område. A*STAR-forskere har nu udviklet og patenteret en tilpasset og elegant nanoprobe til vurdering af følsomhed over for stoffet warfarin.

For at udvikle nanosonden, Jackie Ying ved A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology og kolleger i Singapore, Taiwan og Japan udtænkte en relativt simpel procedure, der bruger standard laboratorieudstyr og let kan tilpasses til andre genetiske tests.

"Vores metode er hurtigere, mere omkostningseffektive og mere præcise end eksisterende alternativer, " siger Ying.

Yings metode detekterer genetiske variationer kendt som single-nucleotid polymorphisms (SNP'er), der kun adskiller sig i en enkelt-nukleotid byggesten af ​​DNA. I tilfælde af warfarin - det hyppigst ordinerede antikoagulant - er der SNP-forskelle i specifikke dele af genomet, der indikerer, om en patient vil tolerere stoffet eller lide af alvorlige bivirkninger.

Forskerne brugte guldnanopartikler knyttet til korte sektioner af DNA, der binder til specifikke komplementære sekvenser af DNA gennem baseparringen, der holder dobbeltstrenget DNA sammen. Disse nanoprober blev udsat for fragmenter af DNA, der var blevet skåret ud og amplificeret fra en patients genom.

Nanoproberne er oprindeligt lyserøde på grund af overfladeplasmoniske effekter, der involverer krusninger af elektrisk ladning. Når de analyseres, hvis proberne ikke binder til DNA-fragmenterne, de aggregerer og bliver farveløse ved udsættelse for en saltopløsning. Hvis de binder sig til målet, de vil ikke aggregere, men vil forblive lyserøde, indtil de opvarmes til en 'smeltetemperatur', hvor baseparringen afbrydes, og DNA-strengene i proben og genomfragmenterne adskilles. I tilfælde af partiel komplementaritet - hvor fragmenterne er mismatchede af et enkelt nukleotid - sænkes smeltetemperaturen med en mængde afhængig af niveauet af mismatch. Dette gør det muligt at detektere SNP'er gennem deres forskellige smeltetemperaturer.

Den resulterende farveændring er let synlig for det menneskelige øje, men kan også evalueres automatisk (se billede). Systemet kan også skelne mellem homozygote genotyper (hvor en person bærer den samme SNP på hvert medlem af et kromosompar) og heterozygote genotyper (hvor en person bærer forskellige SNP'er på hvert kromosom).

"Det patenterede warfarin testkit er tilgængeligt til kommercialisering eller licensering, " siger Ying. "Vi har udviklet og validerer analysesæt til adskillige andre applikationer inden for patogendetektion, farmakogenomi og genetisk sygdomsscreening."