Belirli bir dizi için bir DNA örneğini aramak (ister bir mutasyon, ister araştırmacı tarafından yerleştirilmiş bir transgen, isterse enfekte eden bir organizmanın kanıtı olsun) dünyadaki birçok moleküler biyoloji ve tanı laboratuvarında yaygın bir uygulamadır. Çoğu zaman, bu tür aramalar, diziye özgü oligonükleotit primerlerinin kullanılmasını ve ilgili diziyi çıkarmak için bir DNA polimerazın etkisini içeren hedef amplifikasyon biçimini alır. Ancak amplifikasyon, optimizasyon, reaktifler ve zaman gerektiren arama sürecine yalnızca bir adım eklemekle kalmaz, aynı zamanda amplifikasyon yanlılığı gibi hatalara da neden olabilir. 

Amplifikasyon işleminden kurtulmak için, California'daki Keck Graduate Institute'den Kiana Aran ve meslektaşları, belirli bir kılavuz RNA ile eşleştirildiğinde kesin bir diziyi bulmak ve kesmek için tüm genomu tarayabilen CRISPR-Cas nükleaz ailesine döndü. . Geçmişi elektrik mühendisliği olan Aran, bu arama kapasitesini CRISPR-Chip adlı bir elektrik biyosensörüne dahil etti.

© GEORGE RETSECK

Çip, belirli bir diziyi algılayan bir kılavuz RNA ile eşleştirilmiş, DNA kesilmesini önlemek için devre dışı bırakılmış bir Cas9 enzimi kullanır. Birlikte, enzim ve RNA, bir grafen transistörüne kovalent olarak yapıştırılır. Saflaştırılmış DNA örneği daha sonra transistöre pipetlenir ve RNA-Cas9 kompleksi hedefine bağlanırsa, transistörün elektrik akımı dakikalar içinde bir okuma sağlayarak değişir. Şu anda, kavram kanıtı cihazı, yeniden kullanılamayan çip başına bir diziyi algılıyor, ancak araştırmacılar, aynı anda birçok farklı diziyi algılama kapasitesini genişletmeyi planlıyor.

Araştırmacılar "Çipin basitliği ve amplifikasyona gerek olmaması, sistemi kolayca konuşlandırılabilir kılıyor, ancak duyarlılığı düşük femtomolar aralığın ötesinde artırmak için daha fazla mühendislik gerekiyor, çünkü birçok klinik uygulama 1000 kat daha iyi hassasiyetler gerektiriyor" diyor.

Aran, enfeksiyon tespiti gibi belirli klinik uygulamalar için daha yüksek hassasiyet gerekeceği doğru olsa da, sistemin bir insan hücre dizisindeki bir transgeni ve hasta DNA örneklerinde iki Duchenne musküler distrofi (DMD) ile ilişkili delesyonu tespit etmek için zaten kullanıldığını söylüyor.

CRISPR tabanlı teknolojiler geliştiren ancak projeye dahil olmayan bir şirket olan Genetics Research LLC'den Anthony Shuber, elde taşınan çipin "çok yaratıcı" ve "zarif bir şekilde basit" olduğunu söylüyor. Transistörün hızının ve ölçeğinin "bakım noktasında gerçek potansiyele sahip olduğu" anlamına geldiğini de ekliyor. (Nat Biomed Müh, doi:10.1038/s41551-019-0371-x, 2019)