Обнаружение специфических РНК-мишеней с помощью мультимеризации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обнаружение специфических РНК-мишеней с помощью методов, основанных на амплификации, широко используется в фундаментальных исследованиях и медицине ввиду высокой значимости роли, которую молекулы РНК играют при реализации генетической информации и развитии заболеваний. В данной работе описан подход к обнаружению РНК-мишеней, в основе которого лежит особый вид изотермической амплификации - реакция мультимеризации нуклеиновых кислот. Предлагаемый метод требует использования только одного фермента - ДНК-полимеразы, обладающей активностями обратной транскриптазы и ДНК-зависимой ДНК-полимеразы, а также цепь-вытесняющей активностью. Определены условия реакции, обеспечивающие эффективную детекцию целевых РНК. Подход был апробирован на генетическом материале коронавируса SARS-CoV-2, взятом в качестве модельной мишени. Реакция мультимеризации позволила с высокой достоверностью дифференцировать SARS-CoV-2-положительные и SARS-CoV-2-отрицательные образцы. Предлагаемый способ позволяет обнаруживать РНК даже в образцах, подвергшихся многократному замораживанию.

Об авторах

А. Р Сахабутдинова

Институт биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: garafutdinovr@gmail.com
450054 Уфа, Башкортостан, Россия

А. В Чемерис

Институт биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: garafutdinovr@gmail.com
450054 Уфа, Башкортостан, Россия

Р. Р Гарафутдинов

Институт биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: garafutdinovr@gmail.com
450054 Уфа, Башкортостан, Россия

Список литературы

  1. Palazzo, A. F., and Lee, E. S. (2015) Non-coding RNA: what is functional and what is junk? Front. Genet., 6, 2, doi: 10.3389/fgene.2015.00002.
  2. Bukasov, R., Dossym, D., and Filchakova, O. (2021) Detection of RNA viruses from influenza and HIV to Ebola and SARS-CoV-2: a review, Anal. Methods, 13, 34-55, doi: 10.1039/d0ay01886d.
  3. Vindeirinho, J. M., Pinho, E., Azevedo, N. F., and Almeida, C. (2022) SARS-CoV-2 diagnostics based on nucleic acids amplification: from fundamental concepts to applications and beyond, Front. Cell. Infect. Microbiol., 12, 799678, doi: 10.3389/fcimb.2022.799678.
  4. Verna, R., Alallon, W., Murakami, M., Hayward, C. P. M., Harrath, A. H., Alwasel, S. H., Sumita, N. M., Alatas, O., Fedeli, V., Sharma, P., Fuso, A., Capuano, D. M., Capalbo, M., Angeloni, A., and Bizzarri, M. (2021) Analytical performance of COVID-19 detection methods (RT-PCR): scientific and societal concerns, Life (Basel), 11, 660, doi: 10.3390/life11070660.
  5. Thapa, S., Singh, K. R., Verma, R., Singh, J., and Singh, R. P. (2022) State-of-the-art smart and intelligent nanobiosensors for SARS-CoV-2 diagnosis, Biosensors (Basel), 12, 637, doi: 10.3390/bios12080637.
  6. Yin, B., Wan, X., Sohan, A. S. M. M. F., and Lin, X. (2022) Microfluidics-based POCT for SARS-CoV-2 diagnostics, Micromachines (Basel), 13, 1238, doi: 10.3390/mi13081238.
  7. Zhang, L., Jiang, H., Zhu, Z., Liu, J., and Li, B. (2022) Integrating CRISPR/Cas within isothermal amplification for point-of-care assay of nucleic acid, Talanta, 243, 123388, doi: 10.1016/j.talanta.2022.123388.
  8. Islam, M. M., and Koirala, D. (2022) Toward a next-generation diagnostic tool: a review on emerging isothermal nucleic acid amplification techniques for the detection of SARS-CoV-2 and other infectious viruses, Anal. Chim. Acta, 1209, 339338, doi: 10.1016/j.aca.2021.339338.
  9. Maiti, B., Anupama, K. P., Rai, P., Karunasagar, I., and Karunasagar, I. (2022) Isothermal amplification-based assays for rapid and sensitive detection of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2: opportunities and recent developments, Rev. Med. Virol., 32, e2274, doi: 10.1002/rmv.2274.
  10. Chaouch, M. (2021) Loop-mediated isothermal amplification (LAMP): an effective molecular point-of-care technique for the rapid diagnosis of coronavirus SARS-CoV-2, Rev. Med. Virol., 31, e2215, doi: 10.1002/rmv.2215.
  11. Bi, S., Yue, S., and Zhang, S. (2017) Hybridization chain reaction: a versatile molecular tool for biosensing, bioimaging, and biomedicine, Chem. Soc. Rev., 46, 4281-4298, doi: 10.1039/c7cs00055c.
  12. Yue, S., Li, Y., Qiao, Z., Song, W., and Bi, S. (2021) Rolling circle replication for biosensing, bioimaging, and biomedicine, Trends Biotechnol., 39, 1160-1172, doi: 10.1016/j.tibtech.2021.02.007.
  13. Garafutdinov, R. R., Sakhabutdinova, A. R., Gilvanov, A. R., and Chemeris, A. V. (2021) Rolling circle amplification as a universal method for the analysis of a wide range of biological targets, Russ. J. Bioorg. Chem., 47, 1172-1189, doi: 10.1134/S1068162021060078.
  14. Bodulev, O. L., and Sakharov, I. Y. (2020) Isothermal nucleic acid amplification techniques and their use in bioanalysis, Biochemistry (Moscow), 85, 147-166, doi: 10.1134/S0006297920020030.
  15. Hafner, G. J., Yang, I. C., Wolter, L. C., Stafford, M. R., and Giffard, P. M. (2001) Isothermal amplification and multimerization of DNA by Bst DNA polymerase, BioTechniques, 30, 852-856, doi: 10.2144/01304rr03.
  16. Garafutdinov, R. R., Burkhanova, G. F., Maksimov, I. V., and Sakhabutdinova, A. R. (2023) New method for microRNA detection based on multimerization, Anal. Biochem., 664, 115049, doi: 10.1016/j.ab.2023.115049.
  17. Wang, G., Ding, X., Hu, J., Wu, W., Sun, J., and Mu, Y. (2017) Unusual isothermal multimerization and amplification by the strand-displacing DNA polymerases with reverse transcription activities, Sci. Rep., 7, 13928, doi: 10.1038/s41598-017-13324-0.
  18. Sakhabutdinova, A. R., Kamalov, M. I., Salakhieva, D. V., Mavzyutov, A. R., and Garafutdinov, R. R. (2021) Inhibition of nonspecific polymerase activity using poly(aspartic) acid as a model anionic polyelectrolyte, Anal. Biochem., 628, 114267, doi: 10.1016/j.ab.2021.114267.
  19. Garafutdinov, R. R., Gilvanov, A. R., and Sakhabutdinova, A. R. (2020) The influence of reaction conditions on DNA multimerization during isothermal amplification with Bst DNA polymerase, Appl. Biochem. Biotechnol., 190, 758-771, doi: 10.1007/s12010-019-03127-6.
  20. Garafutdinov, R. R., Gilvanov, A. R., Kupova, O. Y., and Sakhabutdinova, A. R. (2020) Effect of metal ions on isothermal amplification with Bst exo- DNA polymerase, Int. J. Biol. Macromol., 161, 1447-1455, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.08.028.
  21. Garafutdinov, R. R., Sakhabutdinova, A. R., Kupryushkin, M. S., and Pyshnyi, D. V. (2020) Prevention of DNA multimerization during isothermal amplification with Bst exo- DNA polymerase, Biochimie, 168, 259-267, doi: 10.1016/j.biochi.2019.11.013.
  22. Sakhabutdinova, A. R., Mirsaeva, L. R., Garafutdinov, R. R., Oscorbin, I. P., and Filipenko, M. L. (2020) Elimination of DNA multimerization arising from isothermal amplification in the presence of Bst exo- DNA polymerase, Russ. J. Bioorg. Chem., 46, 52-59, doi: 10.1134/s1068162020010082.
  23. Qasem, A., Shaw, A. M., Elkamel, E., and Naser, S. A. (2021) Coronavirus disease 2019 (COVID-19) diagnostic tools: a focus on detection technologies and limitations, Curr. Issues Mol. Biol., 43, 728-748, doi: 10.3390/cimb43020053.
  24. Panchali, M. J. L., Oh, H. J., Lee, Y. M., Kim, C. M., Tariq, M., Seo, J. W., Kim, D. Y., Yun, N. R., and Kim, D. M. (2022) Accuracy of real-time polymerase chain reaction in COVID-19 patients, Microbiol. Spectr., 10, e0059121, doi: 10.1128/spectrum.00591-21.
  25. Meena, D. S., Kumar, B., Kachhwaha, A., Kumar, D., Khichar, S., Bohra, G. K., Sharma, A., Kothari, N., Garg, P., Sureka, B., Banerjee, M., Garg, M. K., and Misra, S. (2022) Comparison of clinical characteristics and outcome in RT-PCR positive and false-negative RT-PCR for COVID-19: a retrospective analysis, Infez. Med., 30, 403-411, doi: 10.53854/liim-3003-8.
  26. Jackson, L. N., Chim, N., Shi, C., and Chaput, J. C. (2019) Crystal structures of a natural DNA polymerase that functions as an XNA reverse transcriptase, Nucleic Acids Res., 47, 6973-6983, doi: 10.1093/nar/gkz513.
  27. Sakhabutdinova, A. R., Gazizov, R. R., Chemeris, A. V., and Garafutdinov, R. R. (2022) Reverse transcriptase-free detection of viral RNA using Hemo KlenTaq DNA polymerase, Anal. Biochem., 659, 114960, doi: 10.1016/j.ab.2022.114960.
  28. Silva, A., Azevedo, M., Sampaio-Maia, B., and Sousa-Pinto, B. (2022) The effect of mouthrinses on severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 viral load: A systematic review, J. Am. Dent. Assoc., 153, 635-648, doi: 10.1016/j.adaj.2021.12.007.
  29. Hern�ndez-V�squez, A., Barrenechea-Pulache, A., Comand�, D., and Aza�edo, D. (2022) Mouthrinses and SARS-CoV-2 viral load in saliva: a living systematic review, Evid. Based Dent., doi: 10.1038/s41432-022-0253-z.
  30. Tallmadge, R. L., Laverack, M., Cronk, B., Venugopalan, R., Martins, M., Zhang, X., Elvinger, F., Plocharczyk, E., and Diel, D. G. (2022) Viral RNA load and infectivity of SARS-CoV-2 in paired respiratory and oral specimens from symptomatic, asymptomatic, or postsymptomatic individuals, Microbiol. Spectr., 10, e0226421, doi: 10.1128/spectrum.02264-21.
  31. Fujiya, Y., Sato, Y., Katayama, Y., Nirasawa, S., Moriai, M., Saeki, M., Yakuwa, Y., Kitayama, I., Asanuma, K., Kuronuma, K., and Takahashi, S. (2022) Viral load may impact the diagnostic performance of nasal swabs in nucleic acid amplification test and quantitative antigen test for SARS-CoV-2 detection, J. Infect. Chemother., 28, 1590-1593, doi: 10.1016/j.jiac.2022.07.023.
  32. Dutta, D., Naiyer, S., Mansuri, S., Soni, N., Singh, V., Bhat, K. H., Singh, N., Arora, G., and Mansuri, M. S. (2022) COVID-19 diagnosis: a comprehensive review of the RT-qPCR method for detection of SARS-CoV-2, Diagnostics (Basel), 12, 1503, doi: 10.3390/diagnostics12061503.
  33. Ravina, Kumar, A., Manjeet, Twinkle, Subodh, Narang, J., and Mohan, H. (2022) Analytical performances of different diagnostic methods for SARS-CoV-2 virus - a review, Sens. Int., 3, 100197, doi: 10.1016/j.sintl.2022.100197.
  34. Marando, M., Tamburello, A., Gianella, P., Taylor, R., Bernasconi, E., Fusi-Schmidhauser, T. (2022) Diagnostic sensitivity of RT-PCR assays on nasopharyngeal specimens for detection of SARS-CoV-2 infection: a systematic review and meta-analysis, Caspian J. Intern. Med., 13, 139-147, doi: 10.22088/cjim.13.0.139.
  35. Garafutdinov, R. R., Galimova, A. A., and Sakhabutdinova, A. R. (2017) Polymerase chain reaction with nearby primers, Anal. Biochem., 518, 126-133, doi: 10.1016/j.ab.2016.11.017.

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах