Ảnh minh họa: AI

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Cell Chemical Biology, các nhà khoa học tại Đại học Rice đã phát triển phiên bản cải tiến của enzyme Cas13a, một thành phần của công nghệ CRISPR có khả năng nhận diện RNA thay vì DNA. Công nghệ này có tiềm năng hỗ trợ phát hiện virus trong các mẫu máu và mẫu môi trường.

Trong các xét nghiệm sinh học, enzyme Cas13a được kết hợp với một đoạn RNA dẫn đường để nhận diện trình tự di truyền đặc hiệu của virus. Khi phát hiện RNA mục tiêu, enzyme kích hoạt phản ứng tạo tín hiệu, chẳng hạn ánh sáng hoặc sự thay đổi màu sắc, giúp xác định sự hiện diện của virus trong mẫu xét nghiệm.

Tuy nhiên, việc phát triển một hệ thống xét nghiệm vừa ổn định vừa đủ nhạy để phát hiện lượng RNA rất nhỏ vẫn là thách thức. Phiên bản Cas13a có khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt mà nhóm nghiên cứu sử dụng ban đầu chưa đáp ứng được yêu cầu về độ nhạy.

Ông Seye Oladeji, nghiên cứu sinh tại Đại học Rice và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết mục tiêu của nhóm là phát triển một phương pháp có thể phát hiện RNA ở nồng độ rất thấp, khoảng một bản sao trên mỗi microlit chất lỏng.

Để cải thiện hiệu quả của enzyme, nhóm nghiên cứu trước tiên tìm cách xác định cấu trúc protein và cách các thành phần của nó liên kết với nhau. Do Cas13a liên tục thay đổi hình dạng khi gắn với RNA mục tiêu, việc ghi nhận cấu trúc ở độ phân giải cần thiết gặp nhiều khó khăn. Vì vậy, ông Oladeji đã phát triển phương pháp giúp giữ enzyme và RNA mục tiêu ở trạng thái ổn định, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích cấu trúc.

Từ kết quả phân tích, nhóm xác định hai vùng của protein có thể điều chỉnh để tăng độ nhạy. Khi thay đổi đồng thời cả hai vùng, enzyme trở nên quá nhạy và phát tín hiệu ngay cả khi không có RNA mục tiêu. Trong khi đó, việc chỉ điều chỉnh một vùng giúp tăng độ nhạy lên 100 lần mà vẫn duy trì được độ ổn định của enzyme.

Nhóm tiếp tục thử nghiệm phiên bản Cas13a cải tiến với mẫu HIV tổng hợp, không có khả năng lây nhiễm. Kết quả cho thấy enzyme hoạt động hiệu quả hơn đáng kể trong xét nghiệm, với độ nhạy tăng gấp 100 lần so với phiên bản ban đầu.

Mở rộng khả năng phát hiện nhiều loại virus

Một ưu điểm của công nghệ CRISPR là khả năng điều chỉnh để nhận diện những trình tự di truyền khác nhau. Theo đó, các nhà khoa học có thể thay đổi đoạn RNA dẫn đường để hướng enzyme Cas13a đến mục tiêu mới mà không cần thiết kế lại toàn bộ hệ thống.

Nhờ đặc tính này, phiên bản Cas13a cải tiến có tiềm năng được sử dụng để phát hiện nhiều loại virus RNA, trong đó có SARS-CoV-2, virus cúm, Ebola, Zika, virus hợp bào hô hấp (RSV) và virus viêm gan C.

Nhóm nghiên cứu cũng nhận định enzyme mới có thể được tích hợp vào các phương pháp xét nghiệm như RT-qPCR và xét nghiệm sắc ký dòng chảy bên. Đây là những kỹ thuật được sử dụng để phát hiện các mục tiêu sinh học trong mẫu bệnh phẩm.

Tuy nhiên, kết quả hiện tại mới được kiểm chứng với mẫu HIV tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học cần tiến hành thêm nghiên cứu để đánh giá hiệu quả của enzyme trên mẫu bệnh phẩm thực tế, cũng như xác định khả năng ứng dụng trong những điều kiện xét nghiệm khác nhau.