Developing the Nucleic Acid Amplification Method at Room Temperature for Rapid Diagnosis


Can Ö.

  • Project Type: TÜSEB Projesi
  • Project Group: Medicine Health
  • Executive Unit: Faculty Of Engineering and Natural Sciences
  • Begin Date: December 2023
  • End Date: August 2025

Abstract

Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde, özellikle hızlı geri dönüş süreleri gerektiren uygulamalar ve merkezi laboratuvar yaklaşımının çeşitli sınırlamalarla karşı karşıya olduğu ortamlarda klinik enfeksiyöz hastalıkların tanısında nükleik asit testlerinin kullanımı giderek artmaktadır. Klinik tanı uygulamalarında kullanılan polimeraz zincir reaksiyonu temelli güncel sistemler, günümüzde hala kompleks ve yüksek maliyetlidir. Aynı zamanda nükleik asit çoğaltma yöntemlerinde uygun maliyetle örneğin hazırlanması, uygulamanın sağlam ve kullanıcı dostu bir formata entegre edilmesi gibi zorluklar bulunmaktadır. Enfeksiyöz hastalıkların nükleik asit testi (NAAT) ile tespit edilmesi yalnızca merkezi laboratuvarlarda, üst düzey cihazlar ve alanında yetkin personeller aracılığıyla gerçekleştirilmektedir. Sınırlı finansal kaynaklara sahip gelişmekte olan ülkeler, ticari olarak mevcut olan karmaşık NAAT sistemlerini veya bir merkezi laboratuvar tarafından geliştirilen testleri uygulayabilme olanağına sahip değildir. Hasta başı NAAT sistemleri, düşük kaynağa sahip ve hastalık oranı yüksek olan bölgelerde oldukça ihtiyaç duyulan tanı yöntemlerine erişimi sağlayabilir. Fakat uygun maliyetli ve sağlam cihazlar ile birlikte minimum eğitimli personel tarafından kullanımı kolay, stabil, kullanıma hazır reaktifler barındıran, bakım gerektirmeyen özelliklerde ve sonuçları açıkça anlaşılabilir, net, tekrarlanabilir olmanın yanı sıra yüksek hassasiyet ve spesifisite oranına sahip olmalıdır. Gerçek zamanlı izlenebilir bir izotermal çoğaltım yöntemi kullanılarak rutin testlerin uygulanmasındaki zorluklar, maliyet ve karmaşıklık azaltılabilir. M13 bakteriyofajlarının (faj) replikasyonunda protein 2 (P2) olarak adlandırılan fonksiyonel bir protein, çift zincirli DNA’nın yalnızca tek zinciri üzerinde kesim gerçekleştirerek yuvarlanan halka modeline göre replikasyonu başlatmaktadır. P2, faj genomunda bulunan f1 replikasyon orijini üzerindeki özgün dizi bölgesini tanımakta olup ilgili bölge üzerinde enzimatik aktivitesini gerçekleştirmektedir. Bu proteinler, M13 fajları ile enfekte olmuş konak bakteri hücreleri tarafından çoğu bakterinin de ürediği optimal 37 oC sıcaklıkta sentezlenmekte olup, faj partikülü yapısına katılmayarak yalnızca işlevsel olarak faj genomunun çoğaltılmasında rol almaktadır. Bu durum, proteinin DNA zinciri kesim reaksiyonunu in vitro olarak benzer sıcaklık ya da daha altındaki koşullarda da gerçekleştirebileceğini düşündürmüştür. DNA’nın tek zinciri üzerinde kesim yapabilen ve endonükleaz olarak adlandırılan enzimlerin kullanıldığı çeşitli nükleik asit çoğaltım yöntemleri geliştirilmiştir. Fakat bu yöntemlerde kullanılan enzimlerin çalışma sıcaklıklarının 37 oC’den yüksek olması ve dolayısıyla ısıtıcı bir ekipman gerektirmesi maliyeti arttırarak yöntemin uygulanabilirliğini kısıtlamaktadır. Protein 2’nin çalışma koşullarının belirlenmesi ve fonksiyonunun ayrıntılı analizine dair verilerin daha önceki çalışmalarda yeterli düzeyde olmadığı görülmüştür. İlgili çalışma ile proteinin fonksiyonu ve reaksiyon koşulları hakkında da daha fazla veri elde edilecektir. P2 proteinin, özgün primer çifti ve patojene özgün DNA kullanılarak oda sıcaklığında bir izotermal nükleik asit çoğaltım yönteminde kullanımı ilk kez denenecektir.