Deteksi Penyakit Awal Dengan DNA Droplet

Metode Baru untuk Deteksi Penyakit Dini Menggunakan Tetesan DNA

Sistem tetesan seperti tetesan DNA, yang dibentuk oleh pemisahan fase cair-cair makromolekul, memainkan peran penting dalam fungsi seluler. Sekarang, dengan menggabungkan teknologi tetesan DNA dan komputasi DNA, tetesan DNA komputasi telah dikembangkan oleh para ilmuwan di Tokyo Tech, yang dapat mengenali pola spesifik dalam urutan microRNA biomarker tumor.

Pembentukan tetesan air dengan pemisahan fase cair-cair (atau koaservasi) dalam makromolekul adalah topik hangat dalam penelitian ilmu kehidupan. Dari berbagai makromolekul yang membentuk tetesan ini, DNA cukup menarik karena dapat diprediksi dan diprogram, yang merupakan kualitas yang berguna dalam nanoteknologi. Baru-baru ini, programabilitas DNA digunakan untuk membangun dan mengatur tetesan DNA yang dibentuk oleh koaservasi DNA yang dirancang sekuens.

Sekelompok ilmuwan di Universitas Teknologi Tokyo (Tokyo Tech) yang dipimpin oleh Prof. Masahiro Takinoue telah mengembangkan tetesan DNA komputasi dengan kemampuan untuk mengenali kombinasi spesifik dari microRNA yang disintesis secara kimia (miRNA) yang bertindak sebagai biomarker tumor. Menggunakan miRNA ini sebagai input molekuler, tetesan dapat memberikan keluaran komputasi logika DNA melalui pemisahan fase tetesan DNA fisik. Prof. Takinoue menjelaskan perlunya studi semacam itu, “Penerapan tetesan DNA telah dilaporkan dalam kompartemen mikro yang diilhami sel. Meskipun sistem biologis mengatur fungsinya dengan menggabungkan biosensing dengan perhitungan logis molekuler, tidak ada literatur yang tersedia tentang integrasi tetesan DNA dengan komputasi molekuler. Temuan mereka dipublikasikan di Advanced Functional Materials .

Mengembangkan tetesan DNA ini membutuhkan serangkaian percobaan. Pertama, mereka merancang tiga jenis struktur nano DNA berbentuk Y yang disebut motif Y A, B, dan C dengan 3 ujung lengket untuk membuat tetesan DNA A, B, dan C. Biasanya, tetesan serupa bersatu secara otomatis sementara untuk menggabungkan tetesan berbeda diperlukan molekul “penghubung” khusus. Jadi, mereka menggunakan molekul penghubung untuk menggabungkan tetesan A dengan tetesan B dan C; molekul penghubung ini masing-masing disebut penghubung AB dan AC.

Dalam percobaan pertama mereka, mereka mengevaluasi operasi “AND” dalam campuran tetesan AB dengan memasukkan 2 DNA masukan. Dalam operasi ini, kehadiran input dicatat sebagai 1 sedangkan ketidakhadirannya dicatat sebagai 0. Pemisahan fase campuran tetesan AB hanya terjadi pada (1,1), artinya ketika kedua DNA input ada, menunjukkan keberhasilan penerapan operasi AND . Setelah penelitian ini, para ilmuwan memutuskan untuk memperkenalkan penanda tumor kanker payudara, miRNA-1 dan miRNA-2, ke campuran tetesan AC sebagai input untuk operasi AND. Operasi AND berhasil menyiratkan bahwa tetesan DNA komputasional mengidentifikasi miRNA.

Dalam percobaan berikutnya, tim mendemonstrasikan operasi AND dan NOT secara simultan dalam campuran AB dengan biomarker kanker payudara miRNA-3 dan miRNA-4. Terakhir, mereka membuat campuran tetesan ABC dan memperkenalkan semua 4 biomarker kanker payudara ke solusi ini. Pemisahan fase dalam tetesan ABC tergantung pada pembelahan penghubung yang menghasilkan pemisahan dua fase atau pemisahan tiga fase.

Sifat tetesan ABC ini memungkinkan para peneliti untuk mendemonstrasikan kemampuan untuk mendeteksi serangkaian biomarker kanker yang diketahui atau mendeteksi penanda 3 penyakit secara bersamaan. Prof Takinoue, yang juga penulis korespondensi, melihat potensi besar untuk tetesan DNA komputasi. Menurutnya, “Jika DNA droplet dapat dikembangkan yang dapat mengintegrasikan dan memproses banyak input dan output, kita dapat menggunakannya dalam deteksi dini penyakit serta sistem penghantaran obat. Studi kami saat ini juga bertindak sebagai batu loncatan untuk penelitian dalam mengembangkan sel buatan cerdas dan robot molekuler.”

Sementara itu DNA Bergerak Stabil Selama Interfase

Tubuh manusia terdiri dari lebih dari empat puluh triliun sel. Masing-masing sel ini memiliki total dua meter DNA genomik yang dikemas rapat, cetak biru kehidupan. Baru-baru ini, ada banyak kemajuan dalam memahami bagaimana DNA dikemas dan diatur sebagai kromatin di dalam sel. Sebaliknya, bagaimana kromatin berperilaku dalam sel hidup masih belum jelas.

Mahasiswa pascasarjana SOKENDAI Shiori Iida, Rekan JSPS Yuji Itoh, staf teknis Sachiko Tamura, dan Profesor Kazuhiro Maeshima dari Genome Dynamics Laboratory (NIG), bersama dengan ilmuwan riset Soya Shinkai dan ketua tim Shuichi Onami dari RIKEN BDR, dan Profesor Masato T. Kanemaki dari Laboratorium Teknik Sel Molekuler (NIG), telah menyelidiki pergerakan lokal kromatin dalam sel manusia yang hidup menggunakan mikroskop fluoresensi resolusi super.

Jumlah DNA dan ukuran inti menjadi dua kali lipat selama periode persiapan untuk pembelahan sel (interfase). Sebelumnya, telah disarankan bahwa perubahan drastis dalam lingkungan nuklir ini akan mempengaruhi pergerakan kromatin. Namun, Iida et al. telah mengungkapkan bahwa gerakan kromatin menjaga keadaan tetap selama interfase. Gerakan kromatin berhubungan langsung dengan aksesibilitas DNA (keterbacaan informasi genom). Gerakan kromatin keadaan-mapan memungkinkan sel untuk melakukan tugas-tugas rumah tangga di bawah lingkungan yang sama selama interfase. ( sumber : nationaltribune.com.au )