Un biosensor usa CRIPR-Cas9 para detectar secuencias objetivo en el ADN

Un equipo de ingenieros biomédicos ha desarrollado y ensayado un dispositivo biosensor basado en grafeno que utiliza la tecnología CRISPR/Cas9 para permitir la detección digital de una secuencia de ADN objetivo dentro del material genómico intacto.

CRISPR/Cas9 es considerado como la técnica de vanguardia de la biología molecular. Los CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interpuestas) son segmentos de ADN procariótico que contienen repeticiones cortas de secuencias de bases. Cada repetición es seguida por segmentos cortos de “ADN espaciador” de exposiciones previas a un virus o plásmido bacteriano. Desde 2013, el sistema CRISPR/Cas9 se utiliza en la investigación para la edición de genes (agregar, interrumpir o cambiar la secuencia de genes específicos) y la regulación de genes. Al administrar la enzima Cas9 y los ARN guía adecuados (sgARN) a una célula, el genoma del organismo se puede cortar en cualquier ubicación deseada. El sistema convencional CRISPR/Cas9 de Streptococcus pyogenes se compone de dos partes: la enzima Cas9, que rompe la molécula de ADN y las guías de ARN específicas que guían la proteína Cas9 al gen objetivo en la cadena de ADN.

En contraste con los métodos clásicos para la detección de ácidos nucleicos, que requieren muchos reactivos y una instrumentación costosa y voluminosa, el dispositivo “CRISPR-Chip” desarrollado por investigadores de la Universidad de California, Berkeley (EUA) y el Instituto de Posgrado Keck (Claremont, CA, EUA) explota la capacidad de selección de genes de la proteína asociada a CRISPR 9 (Cas9), desactivada catalíticamente, acomplejada con un ARN de guía única, específico e inmovilizado en un campo basado en un transistor de efecto de campo de grafeno. Esto creó un dispositivo de prueba de ácidos nucleicos sin etiqueta cuya señal de salida se podía medir utilizando un simple lector de mano.

Mecánicamente, el complejo CRISPR localizó el sitio de ADN objetivo en el genoma, se unió a él y provocó un cambio en la conductancia eléctrica del grafeno, que, a su vez, cambió las características eléctricas del transistor. Estos cambios fueron detectados con un dispositivo de mano.

Los investigadores utilizaron el CRISPR–Chip para analizar las muestras de ADN recolectadas de líneas celulares HEK293T que expresaban una proteína azul fluorescente, y muestras clínicas de ADN con dos mutaciones definidas en los exones comúnmente eliminados en individuos con distrofia muscular de Duchenne. En presencia de ADN genómico que contiene el gen objetivo, CRISPR-Chip generó, en 15 minutos y sin la necesidad de amplificación, un aumento significativo en la señal de salida en relación con las muestras que carecen de la secuencia objetivo.

“Hemos desarrollado el primer transistor que utiliza CRISPR para buscar posibles mutaciones en su genoma”, dijo la autora principal, la Dra. Kiana Aran, profesora asistente de diagnóstico médico y terapéutica en el Instituto de Posgrado Keck. “Usted simplemente pone su muestra de ADN purificado en el chip, le permite a CRISPR realizar la búsqueda y el transistor de grafeno informa el resultado de esta búsqueda en minutos. La supersensibilidad del grafeno nos permitió detectar las actividades de búsqueda de ADN de CRISPR. CRISPR trajo la selectividad, los transistores de grafeno trajeron la sensibilidad y, juntos, pudimos hacer esta detección sin PCR ni amplificación. La combinación de la nanoelectrónica moderna con la biología moderna abre una nueva puerta para obtener acceso a nueva información biológica que antes no era accesible”.

El dispositivo CRISPR-Chip se describió en la edición digital del 25 de marzo de 2019 de la revista Nature Biomedical Engineering.

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Universidad de California, Berkeley
Instituto de Posgrado Keck