Para ilmuwan telah mengembangkan Subak, alat yang hemat biaya untuk mendeteksi pencernaan nuklease. Teknologi terobosan ini menggunakan nanokluster perak fluoresen untuk memberi sinyal aktivitas enzim, menawarkan alternatif yang lebih sederhana dan lebih murah dibandingkan probe FRET tradisional. Dengan biaya produksi setiap reporter Subak hanya $1, inovasi ini menjanjikan penurunan biaya aplikasi penginderaan asam nukleat secara signifikan, termasuk pengujian COVID-19. Kredit: SciTechDaily.com
Para peneliti memperkenalkan Subak, alat berbasis nanoteknologi yang terjangkau untuk mendeteksi pencernaan nuklease, yang sangat penting dalam nukleat asam aplikasi penginderaan seperti COVID 19 identifikasi, menawarkan alternatif hemat biaya untuk probe FRET.
Pakar nanoteknologi dari Southern Methodist University, MinJun Kim, membantu tim peneliti di The University of Texas di Austin untuk mengembangkan cara yang lebih murah untuk mendeteksi pencernaan nuklease – salah satu langkah penting dalam banyak aplikasi penginderaan asam nukleat, seperti yang digunakan untuk mengidentifikasi COVID-19. 19.
Deteksi asam nukleat adalah metode utama untuk mengidentifikasi patogen penyebab penyakit menular. Karena jutaan tes PCR dilakukan di seluruh dunia setiap hari selama pandemi COVID-19, penting untuk mengurangi biaya tes tersebut.
Kemajuan dalam Deteksi Asam Nukleat
Sebuah studi yang diterbitkan hari ini (13 Februari) di jurnal Nanoteknologi Alam menunjukkan bahwa alat berbiaya rendah yang disebut Subak ini efektif dalam mengetahui kapan pencernaan nuklease telah terjadi, yaitu ketika enzim yang disebut nuklease memecah asam nukleat, seperti DNA atau RNAmenjadi fragmen yang lebih kecil.
Cara tradisional untuk mengidentifikasi aktivitas nuklease, yaitu penyelidikan Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET), membutuhkan biaya produksi 62 kali lebih mahal dibandingkan dengan reporter Subak.
Sebuah penelitian yang dipublikasikan di jurnal Nanoteknologi Alam menunjukkan bahwa alat berbiaya rendah yang disebut Subak, efektif dalam mengetahui kapan pencernaan nuklease telah terjadi, yaitu ketika enzim yang disebut nuklease memecah asam nukleat, seperti DNA atau RNA, menjadi fragmen yang lebih kecil. Peneliti memprogram reporter Subak untuk mengeluarkan warna berbeda saat dicerna oleh nuklease. Kredit: Nanoteknologi Alam
Subak Versus Metode Konvensional
“Reporter Subak lebih hemat biaya dan sederhana dibandingkan sistem berbasis FRET, menawarkan metode alternatif untuk mendeteksi aktivitas nuklease,” kata Kim, Ketua Robert C. Womack di Lyle School of Engineering di SMU dan peneliti utama di BAST Lab . “Banyak metode deteksi asam nukleat saat ini, seperti PCR dan DETECTR, masih mengandalkan penggunaan probe FRET dalam langkah terakhirnya.”
Tidak seperti PCR, DETECTR (reporter trans CRISPR bertarget endonuklease DNA) adalah pengujian, atau pengujian yang lebih mudah, yang mengandalkan nuklease CRISPR-Cas untuk mendeteksi DNA patogen. Kim dan para peneliti di UT Austin telah berhasil mengganti probe FRET dengan reporter Subak dalam pengujian DETECTR, sehingga mengurangi biaya pengujian secara signifikan.
Nanoteknologi Inovatif pada Wartawan Subak
Reporter subak didasarkan pada kelas khusus yang dikenal sebagai nanocluster perak berpendar. Mereka terdiri dari 13 atom perak yang melilit untai DNA pendek – bahan nano komposit organik/anorganik yang terlalu kecil untuk terlihat dengan mata telanjang dan ukurannya berkisar antara 1 hingga 3 nanometer (sepermiliar meter). .
Bahan nano pada skala panjang ini bisa sangat bercahaya, seperti titik kuantum, dan menunjukkan warna berbeda. Nanomaterial fluoresen telah diterapkan pada tampilan TV dan biosensing, seperti reporter Subak.
Peneliti utama Tim Yeh, seorang Associate Professor Teknik Biomedis di Cockrell School of Engineering di UT Austin, dan timnya memprogram reporter Subak untuk mengeluarkan warna berbeda ketika dicerna oleh nuklease.
“Nanocluster perak bertemplat DNA ini awalnya memancarkan fluoresensi hijau, namun mengalami perubahan warna yang luar biasa menjadi merah terang ketika DNA terfragmentasi oleh nuklease,” kata Kim. “Perubahan warna reporter Subak mudah terlihat di bawah lampu UV,” meskipun perangkat sebenarnya sangat kecil.
Sifat Wartawan Subak yang Hemat Biaya
Pembuatan reporter subak hanya membutuhkan biaya $1 per nanomolekul. Sebaliknya, FRET – yang membutuhkan penggunaan pewarna fluoresen berbeda yang membutuhkan lebih banyak untuk mendapatkan hasil – membutuhkan biaya $62 per nanomolekul untuk memproduksinya, kata Kim. Pengurangan biaya yang signifikan ini dapat merevolusi bidang deteksi asam nukleat dengan menjadikan tes lebih mudah diakses dan terjangkau.
Arah dan Optimasi Masa Depan
Kim dan Madhav L. Ghimire, Dekan Postdoctoral Fellow SMU di Moody School of Graduate and Advanced Studies SMU, bekerja dengan Yeh untuk mengoptimalkan dan mengkarakterisasi nanocluster perak DNA/AgNC. Hal ini termasuk peningkatan intensitas fluoresensi hijau dan merah sebelum dan sesudah fragmentasi oleh nuklease.
Karakterisasi melibatkan konfirmasi ukuran, struktur, dan stabilitas nanocluster di lingkungan tertentu.
“Optimalisasi detektor berbiaya rendah ini sangat penting untuk memantau sifat fluoresensinya, memastikan stabilitas nanocluster, mengendalikan ukuran dan struktur, dan yang paling penting untuk meningkatkan sensitivitas dan selektivitasnya dalam berbagai kondisi lingkungan, menjadikannya lebih andal untuk tujuan penginderaan,” Ghimire dikatakan.
Selain menguji lebih lanjut reporter Subak untuk pencernaan nuklease, tim juga ingin menyelidiki apakah ini bisa menjadi penyelidikan target biologis lainnya.
Referensi: “Reporter DNA non-FRET yang mengubah warna fluoresensi setelah pencernaan nuklease” oleh Soonwoo Hong, Jada N. Walker, Aaron T. Luong, Jonathan Mathews, Samuel WJ Shields, Yu-An Kuo, Yuan-I Chen, Trung Duc Nguyen, Yujie He, Anh-Thu Nguyen, Madhav L. Ghimire, Min Jun Kim, Jennifer S. Brodbelt dan Hsin-Chih Yeh, 13 Februari 2024, Nanoteknologi Alam.
DOI: 10.1038/s41565-024-01612-6
