Wissenschaftler haben die Genveränderungstechnik CRISPR zur Identifizierung von Antikörpern in Blutproben von Patienten eingesetzt und damit möglicherweise den Weg für eine neue Klasse medizinischer Diagnostik sowie eine Reihe anderer Anwendungen geebnet.
Neuer Ansatz unter dem Namen: PICASSO
Die anpassbaren Proteinsammlungen sind mit einer Form von Cas9 verbunden, dem Kernprotein von CRISPR, das an die DNA bindet, diese aber nicht spaltet, wie es bei einer genetischen Veränderung der Fall wäre.
Wenn diese mit Cas9 fusionierten Proteine auf einen Mikrochip mit Tausenden von verschiedenen DNA-Molekülen gebracht werden, wird sich jedes Protein in der Mischung selbst an der Stelle auf dem Chip anordnen, die seiner passenden DNA-Sequenz entspricht.
Der Ansatz ist unter dem Namen ‚PICASSO‘ bekannt, was für ‚peptide immobilization by Cas9-mediated self-organization‘ steht.
Die Proteine auf dem Mikrochip, die von den Antikörpern des Patienten erkannt werden, können anschließend durch Zugabe einer Blutprobe zum PICASSO-Mikroarray nachgewiesen werden.
Die Studie wurde online in Molecular Cell von einem Team unter der Leitung von Dr. Stephen Elledge von der Harvard Medical School und dem Brigham and Women’s Hospital in Boston veröffentlicht (13. August 2021).
Dr. Karl Barber, der Hauptautor der Studie, ist ein Schmidt Science Fellow des Jahres 2018, der sein Fellowship Research Placement im Labor des korrespondierenden Autors Dr. Elledge verbrachte, um die Technologie zu entwickeln.
Dr. Barber beschrieb PICASSO wie folgt: „Stellen Sie sich vor, Sie wollen ein Bild auf eine Leinwand malen, aber anstatt auf normale Weise zu malen, mischen Sie alle Farben zusammen, spritzen sie auf die Leinwand und das perfekte Bild entsteht. Mit unserer neuen Technik platzieren Sie DNA-Moleküle an definierten Stellen auf einer Oberfläche und jedes Protein aus einer Mischung wird sich dann selbst zu seiner entsprechenden DNA-Sequenz zusammensetzen, wie ein automatisches Malen-nach-Zahlen-Set. Die daraus resultierenden DNA-templierten Protein-Microarrays ermöglichen es Ihnen, in klinischen Proben schnell Antikörper zu identifizieren, die die Proteine erkennen, an denen Sie interessiert sind.“
Einsatz auch beim Thema Covid denkbar
Das Forschungsteam hat gezeigt, dass die Technologie funktioniert, um Tausende von verschiedenen Proteinen zusammenzusetzen, was darauf hindeutet, dass sie ohne weiteres als medizinisches Diagnoseinstrument mit breitem Spektrum eingesetzt werden könnte. In der Studie wurde die Technik zum Nachweis von Antikörpern eingesetzt, die an Proteine von Krankheitserregern, einschließlich SARS-CoV-2, aus dem Blut von COVID-19-Patienten gebunden sind.
„In dieser Studie haben wir die Anwendbarkeit von PICASSO für die Proteinforschung gezeigt“, sagte Dr. Barber, „wir haben ein Werkzeug entwickelt, das unserer Meinung nach leicht für die medizinische Diagnostik angepasst werden könnte.“ Indem wir DNA-Ziele mit einem Gerüst verbinden und Cas9-verknüpfte Proteine binden lassen, könnte unser Ansatz der Proteinselbstorganisation zur Herstellung neuartiger Biomaterialien und Biosensoren verwendet werden.“
Der Leiter der Gruppe, Dr. Elledge, kommentierte: „Einer der aufregendsten Aspekte dieser Arbeit ist die Demonstration, wie CRISPR in einem völlig neuen Umfeld eingesetzt werden kann. Bisher wurde CRISPR vor allem für die Genbearbeitung und den Nachweis von DNA oder RNA eingesetzt. PICASSO bringt die Leistungsfähigkeit von CRISPR in einen neuen Bereich der Proteinforschung ein, und die von uns gezeigte Strategie der molekularen Selbstorganisation könnte bei der Entwicklung neuer Forschungs- und Diagnoseinstrumente helfen.“