Firma Curiosity Diagnostics, spin-off warszawskiego Instytutu Chemii Fizycznej PAN, opracowała nowy sposób analizy DNA, łączący kluczowe zalety dwóch obecnie najczęściej stosowanych metod, który może być zaimplementowany na powszechnie dostępnej aparaturze.
– Zaproponowana przez nas technika badania DNA narodziła się podczas prac nad nowatorskim przyrządem analitycznym PCR|ONE, za pomocą którego badanie kodu genetycznego można zrealizować nawet w 7 minut. To czas ponad dziesięciokrotnie krótszy od wymaganego w klasycznych rozwiązaniach – mówi prof. dr hab. Piotr Garstecki (IChF PAN, CD).
Próbki przekazywane do badań DNA zwykle zawierają tak mało materiału genetycznego, że jego analiza za pomocą typowych technik laboratoryjnych nie jest możliwa. Po oczyszczeniu próbki z zanieczyszczeń pierwszym krokiem jest więc zwiększenie ilości materiału genetycznego, nierzadko nawet miliard razy. Stosuje się w tym celu łańcuchową reakcję polimerazy (Polymerase Chain Reaction, PCR). Reakcję PCR stosuje się zarówno do wykrywania określonych fragmentów kodu genetycznego, jak też do szacowania pierwotnej ilości materiału genetycznego. Pomiary ilościowe przeprowadza się najczęściej za pomocą analogowej techniki znanej jako real-time PCR. Próbkę poddawana jest namnażaniu i w kolejnych cyklach sprawdza się ilość DNA za pomocą fluorescencyjnych barwników. Technika analogowego PCR jest stosunkowo prosta, jednak z uwagi na wrażliwość reakcji PCR na nawet pojedyncze cząsteczki zanieczyszczeń wymaga uważnego, ciągłego kalibrowania.
Inną metodą jest cyfrowy PCR. Próbkę dzieli się na dziesiątki lub setki tysięcy, a nierzadko na miliony jednakowych co do objętości części. Następnie w każdej z nich przeprowadza się procedurę powielania materiału genetycznego i sprawdza, czy pojawia się ustalona zmiana. Ponieważ podczas dzielenia próbki cząsteczki DNA trafią tylko do niektórych podobjętości, zmiana nie wystąpi wszędzie. Pierwotną ilość DNA można oszacować na podstawie liczby zarejestrowanych sygnałów. Zaletą techniki cyfrowej jest brak konieczności kalibrowania aparatury. Z uwagi na wymóg równoległego prowadzenia ogromnej liczby reakcji, sprzęt do badań jest jednak dość drogi i w laboratoriach występuje znacznie rzadziej niż aparatura do analogowego PCR.
Nowa metoda Synergistyczny PCR łączy najważniejsze zalety metod analogowych i cyfrowych. Aby otrzymać wiarygodne pomiary, próbkę wystarczy rozcieńczyć na zaledwie kilkanaście, najwyżej kilkadziesiąt części. Tak zaprojektowana metoda nie wymaga kalibrowania.
– Niewielka liczba podobjętości, charakterystyczna dla naszej techniki, ma konkretne przełożenie praktyczne. Oznacza bowiem, że do przeprowadzenia analizy wystarczą standardowe płytki wielodołkowe, wykorzystywane w popularnych urządzeniach do analogowego PCR – mówi Paweł Dębski, doktorant IChF PAN, który rozwijał metodę sPCR w Curiosity Diagnostics.
Z uwagi na małą liczbę podziałów próbki, technika sPCR jest łatwiejsza do przeprowadzenia i nieco szybsza niż odmiany cyfrowe. W porównaniu do technik analogowych wymaga jednak większej ilości reagentów. Zdaniem naukowców, z tego powodu nie zastąpi odmiany analogowej. Może być jednak jej cennym uzupełnieniem.
– Opracowana przez nas technika badania DNA została opatentowana. Chcemy jednak podkreślić swobodę jej używania w celach niekomercyjnych. A ponieważ korzysta ona z typowej, popularnej aparatury do badań genetycznych, żeby zacząć ją zastosować, wystarczy sięgnąć po nasz artykuł – zaznacza prof. Garstecki.
Technika sPCR powstała jako integralny składnik PCR|ONE, innowacyjnego urządzenia grupy Scope Fluidics, przeznaczonego do szybkich analiz DNA. Testowane obecnie prototypowe egzemplarze PCR|ONE są w stanie zakończyć badanie DNA w czasie poniżej kwadransa, a samą reakcję PCR realizują w zaledwie 7 minut. Pierwsze egzemplarze PCR|ONE trafią na rynek najprawdopodobniej w ciągu 2-3 lat.
Nowa technika analizy DNA synergiczny PCR (sPCR) została szczegółowo opisana we wspólnej publikacji naukowców CD i IChF PAN w znanym czasopiśmie naukowym „Scientific Reports”.
Jk
(źródło: IChF PAN)