Små nät vävda av DNA-strängar täcker spikproteinerna från viruset som orsakar covid-19 och avger en lysande signal i den här artistens rendering. Kredit:Xing Wang, University of Illinois
Små nät vävda av DNA-strängar kan fånga spikproteinet från viruset som orsakar COVID-19, lysa upp viruset för ett snabbt men känsligt diagnostiskt test – och även hindra viruset från att infektera celler, vilket öppnar en ny möjlig väg till antiviral behandling, enligt en ny studie.
Forskare vid University of Illinois Urbana-Champaign och medarbetare visade DNA-nätens förmåga att upptäcka och förhindra COVID-19 i mänskliga cellkulturer i en artikel publicerad i Journal of the American Chemical Society .
"Denna plattform kombinerar känsligheten hos PCR och hastigheten och låg kostnad för antigentester", säger studieledaren Xing Wang, professor i bioteknik och kemi vid Illinois. "Vi behöver tester som detta av ett par anledningar. Den ena är att förbereda sig för nästa pandemi. Den andra anledningen är att spåra pågående virusepidemier – inte bara coronavirus, utan också andra dödliga och ekonomiskt påverkande virus som HIV eller influensa."
DNA är mest känt för sina genetiska egenskaper, men det kan också vikas till anpassade nanoskala strukturer som kan utföra funktioner eller specifikt binda till andra strukturer ungefär som proteiner gör. DNA-näten som Illinois-gruppen utvecklade var designade för att binda till spikeproteinet från coronaviruset – strukturen som sticker ut från virusets yta och binder till receptorer på mänskliga celler för att infektera dem. När näten väl är bundna avger näten en fluorescerande signal som kan avläsas av en billig handhållen enhet på cirka 10 minuter.
Forskarna visade att deras DNA-nät effektivt riktade in sig på spikproteinet och kunde upptäcka viruset vid mycket låga nivåer, motsvarande känsligheten hos guldstandard PCR-tester som kan ta en dag eller mer att returnera resultat från ett kliniskt labb.
Tekniken har flera fördelar, sa Wang. Det behöver ingen speciell förberedelse eller utrustning och kan utföras vid rumstemperatur, så allt en användare skulle göra är att blanda provet med lösningen och läsa det. Forskarna uppskattade i sin studie att metoden skulle kosta 1,26 dollar per test.
"En annan fördel med denna åtgärd är att vi kan upptäcka hela viruset, som fortfarande är smittsamt, och skilja det från fragment som kanske inte är smittsamt längre", sa Wang. Detta ger inte bara patienter och läkare bättre förståelse för huruvida de är smittsamma, utan det kan avsevärt förbättra modellering på samhällsnivå och spårning av aktiva utbrott, till exempel genom avloppsvatten.
Dessutom hämmade DNA-näten virusets spridning i levande cellkulturer, och den antivirala aktiviteten ökade med storleken på DNA-nätställningen. Detta pekar på DNA-strukturers potential som terapeutiska medel, sa Wang.
"Jag hade den här idén i början av pandemin att bygga en plattform för testning, men också för hämning på samma gång," sa Wang. "Många andra grupper som arbetar med inhibitorer försöker slå in hela viruset, eller de delar av viruset som ger tillgång till antikroppar. Detta är inte bra, eftersom man vill att kroppen ska bilda antikroppar. Med de ihåliga DNA-nätstrukturerna, antikroppar kan fortfarande komma åt viruset."
DNA-nätplattformen kan anpassas till andra virus, sa Wang, och till och med multiplexeras så att ett enda test kan upptäcka flera virus.
"Vi försöker utveckla en enhetlig teknik som kan användas som en plug-and-play-plattform. Vi vill dra fördel av DNA-sensorers höga bindningsaffinitet, låga detektionsgräns, låga kostnader och snabba förberedelser", säger Wang .
Uppsatsen har titeln "Net-formade DNA-nanostrukturer designade för snabb/känslig upptäckt och potentiell hämning av SARS-CoV-2-viruset." + Utforska vidare
