Evde Kullanıma Uygun Yüksek Hassasiyetli Genetik Test: Yeni Nesil “TEMPO” Platformu

Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (HKUST) araştırmacı bir ekip, laboratuvar ortamında yapılan hassas genetik testleri, evde kolayca kullanılabilecek tek aşamalı bir teste dönüştürecek yenilikçi “TEMPO” platformunu geliştirdi. Bu platform sayesinde kullanıcılar, profesyonel laboratuvar testlerine benzer sonuçları sadece 30 dakika içinde elde edebiliyor. Araştırmacılar, bu gelişmenin mevcut hızlı testler ile laboratuvar bazlı genetik tanı yöntemleri arasındaki teknolojik boşluğu doldurarak, gelecekteki bulaşıcı hastalıkların tespiti ve genetik taramalar için daha kullanışlı bir çözüm sunabileceğini belirtiyor.

TEMPO (Thermodynamically Encoded Molecular Programming for One-Pot Diagnostics), HKUST’deki Kimya ve Biyomühendislik Bölümü profesörü Hsing I-Ming liderliğindeki araştırma ekibi ile The Chinese University of Hong Kong’daki araştırmacılar tarafından ortaklaşa geliştirildi. Platform, influenza, COVID-19 ve HIV gibi çeşitli viral enfeksiyonların tespiti için kullanıldı ve aynı zamanda kalıtsal hastalıkların hızlı taraması için de yeni olanaklar sunuyor.

Çalışma, “Thermodynamically programmed one-pot CRISPR platform for point-of-care SNP genotyping” başlığıyla Nature Communications dergisinde yayınlandı.

Araştırmanın lideri ve aynı zamanda çalışmanın yazarı olan Hsing, “Geleneksel laboratuvar genetik testleri, patojenin genetik materyalinin iz miktarlarının çoğaltılması, hedef sekansların belirlenmesi ve okunabilir bir sinyalin üretilmesi gibi çok sayıda adımı içerir. ‘Tek kaplı’ bir test, tüm bu süreçleri tek bir reaksiyon tüpünde birleştirir. En büyük zorluk, her adımın doğru sırada gerçekleşmesini sağlamaktır.” şeklinde belirtti.

Araştırmacılar, daha önce reaktan konsantrasyonlarını ayarlayarak, bireysel adımları fiziksel olarak ayırarak veya sürecin koordinasyonu için manuel müdahaleye başvurarak reaksiyonların sırasını kontrol etmeye çalışmışlardı. Ancak bu yaklaşımlar genellikle yeterince güvenilir değildi ve yaygın kullanım için ölçeklendirmek zordu.

Ekip, farklı bir strateji benimseyerek, reaksiyonların otomatik olarak önceden belirlenmiş bir sırada gerçekleşmesini sağlayacak şekilde termodinamik prensiplerini kullandı. Bu, daha istikrarlı ve kullanıcı dostu bir yöntem sunarak, normalde çok sayıda adım gerektiren genetik testlerin tek bir reaksiyon tüpünde gerçekleştirilmesine olanak tanıdı.

Hsing, “Bunu karmaşık bir yemeğin tek bir tencerede pişirilmesi gibi düşünün. Adımların doğru sırada gerçekleşmesi gerekir. Tek kaplı CRISPR testlerinde süreç genellikle iki ana adımı içerir: genetik materyal çoğaltma ve CRISPR tabanlı tespit. Bu reaksiyonlar, aynı anda mevcut olan malzemeler için rekabet eder: çoğaltma hedefi oluşturmaya çalışırken, CRISPR enzimi hemen onu tüketmeye başlar. İkinci adımı çok erken başlatırsanız, tüm reaksiyon durur ve hem hız hem de hassasiyet elde etmek tek aşamalı bir testte zorlaşır.” şeklinde açıkladı.

TEMPO’nun kalbinde, verimli bir şekilde bağlanan ve hedef kopyalanmasını başlatan “temiz” bir DNA başlatıcı bulunur. Bu başlatıcının eşi, enerji açısından elverişsiz bir uyumsuzluğa sahiptir ve yeterli miktarda hedef birikene kadar sessiz kalır. Yeterli hedef biriktiğinde, ikinci başlatıcı devreye girer, moleküler bir “başlangıç” sinyali olan protospacer adjacent motif (PAM) sitesini kurar ve programlanabilir bir CRISPR enzimini tetikler ve hızlı, amplifiye edilmiş bir okuma başlatır.

Ekip, bu davranışı doğru bir şekilde tahmin eden basit bir matematiksel model (normal diferansiyel denklem) kullanarak, başlatıcı tasarımını öngörülebilir bir mühendislik işlemi haline getirdi.

TEMPO’nun önemli bir avantajı, geleneksel CRISPR tanı yöntemlerinin ulaşamadığı genetik bölgelere ulaşabilmesidir. Bu, özellikle Doğu Asya popülasyonlarında yaygın olan “yüz kızarması” ve alkol intoleransı gibi klinik olarak önemli tek nükleotid varyasyonları (TSV’ler) için bile DNA’nın sadece bir harfin farklılıklarını ayırt edebilmesini sağlar. Bunun nedeni, CRISPR “başlangıç” sinyalinin hedef sekansının kendi yapısından bağımsız olarak başlatıcıya kodlanmış olmasıdır.

Testlerde, TEMPO 1 attomolar (1 aM) hassasiyete ulaşarak, altın standart laboratuvar yöntemleriyle karşılaştırılabilir sonuçlar elde etti ve bu da sadece 30 dakika içinde tek aşamalı bir iş akışı ile mümkün oldu. Ekip, platformu simüle edilmiş HIV örnekleri üzerinde doğruladı ve sonuçlar kantitatif PCR ile tamamen uyumlu bulundu. Ayrıca influenza A ve SARS-CoV-2 için gerçek klinik örneklere uygulandı. TEMPO’yu tek aşamalı bir mikroakışkan çipe entegre ettiler ve 20 insan genomik örneğinde üç klinik olarak ilgili tek nükleotid varyasyonunu test ettiler ve sonuçlar DNA dizileme ile tamamen uyumlu bulundu.

Hsing, “Kimyasal olarak kararlı DNA’ya dayanarak, bu işlem soğuk zincir depolaması veya karmaşık bir işleme gerektirmez. Ayrıca, ultra hassas genetik sonuçlar tek bir tüpte elde edilir ve büyük cihazlara olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Bu nedenle TEMPO, klinik ortamlar, havaalanları, evler ve uzak bölgeler için uygundur. Bu gelişme, güvenilir evde ve noktada genetik testler yolunda önemli bir engeli aşmıştır.” şeklinde belirtti.

Gelecekteki bulaşıcı hastalık tehditlerine karşı hazırlıklı olmak için, TEMPO hızlı bir şekilde yeni tanı hedefleri için yeniden yapılandırılabilen esnek bir platform sağlayabilir. Kullanımı kolay ve büyük cihazlara ihtiyaç duymayan bu teknoloji, yüksek performanslı testlerin doğrudan eve getirilmesini mümkün kılabilir.

Viral testlere ek olarak, aynı hassasiyet, ortak “alkol flush” ve alkol intoleransı gibi genetik özellikler ve durumlar için basit tarama araçları oluşturmak için de kullanılabilir. Ekip şu anda TEMPO’yu daha geniş bir solunum yolu patojenleri ve cinsel yolla bulaşan enfeksiyonlar paneline genişletmek için çalışıyor.

Gelecekte, ekip önümüzdeki yıl içinde evde ve noktada kullanım için son derece entegre edilmiş bir örnekten cevaba test cihazı geliştirmeyi planlıyor. Araştırmacılar ayrıca cinsel yolla bulaşan enfeksiyonlar için evde testler, çoklu ilaç dirençli bakteriler için hızlı moleküler tanı ve talasemi gibi kalıtsal hastalıklar ve yenidoğan tarama programları kapsamındaki durumlar için genotip testi gibi çeşitli klinik uygulamaları da araştırmayı planlıyor.

Son hedef, aynı kullanım kolaylığına sahip ancak hızlı antijen testlerinden (RAT’ler) daha yüksek hassasiyet ve özgüllüğe sahip bir evde genetik test platformu oluşturarak gelecekteki bulaşıcı hastalık tehditlerine karşı hazırlıklı olmayı sağlamaktır.

Xiaolong Wu et al, Thermodynamically programmed one-pot CRISPR platform for point-of-care SNP genotyping, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75358-1

Kaynak: Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi

BA sanat tarihi, MA malzeme kültürü. Eski müze editörü, paramedik ve transplant koordinatörü. Science X için 2021’den beri editörlük yapıyor. Tam profil →

Lisans derecesi matematiksel biyoloji, yüksek lisans derecesi yaratıcı yazarlık. Farklı bakış açılarına sahip, bilim ve dil konusunda uzman. Tam profil →