CHEM-NAT: a unique chemical approach for nucleic acids testing

Abstract

Los test de ácidos nucleicos, “NAT”, hacen referencia a las técnicas moleculares que se utilizan para la identificación de especies patógenas como bacterias y virus así como para la identificación de biomarcadores relacionados con el desarrollo de enfermedades, por ejemplo cáncer; con la respuesta del organismo a un tratamiento farmacológico y la toxicidad del mismo. El uso de este tipo de ensayos está en aumento, especialmente en sistemas sanitarios con pocos recursos económicos, salud animal, seguridad alimentaria, desarrollo de fármacos por la industria farmacéutica…De hecho, los NAT suponen un mercado global en expansión que tendrá una tasa de crecimiento compuesta del 10% para 2020. Dentro del mercado de los NAT, fundamentalmente basado en ensayos de PCR, se propone un nuevo tipo de NAT que no depende por completo de amplificación de la diana por PCR. Se trata de un nuevo enfoque de NAT basado en un proceso de química dinámica y en el que se utilizan sondas de PNA abásicas (sondas DGL) y bases nitrogenadas modificadas con un grupo aldehído (SMART-Nucleobases, SMART-NBs), permite la “lectura” de ácidos nucleicos con resolución de una sola base. La especificidad de la metodología propuesta se debe al hecho de que deben cumplirse 2 requisitos para obtener una señal: 1) una hibridación perfecta entre una sonda DGL y su ácido nucleico diana y 2) una incorporación específica y controlada termodinámicamente de una SMART-NB en la posición abásica de una sonda DGL que debe ser complementaria, según las reglas de apareamiento de bases propuestas por Watson y Crick, a la del nucleótido estudiado en el ácido nucleico diana. Como consecuencia de estos requisitos, se minimizan las posibilidades de obtener falsos-positivos. El objetivo de este proyecto era desarrollar nuevos ensayos moleculares que basados en este enfoque químico ofreciesen alternativas de diagnóstico capaces de identificar rápidamente tanto patógenos como biomarcadores circulantes. Los nuevos ensayos moleculares propuestos tienen como objetivos aportar beneficios a nivel económico, reducir el tiempo necesario para la obtención de los resultados así como proporcionar una mayor consistencia de los mismos y simplificar los ensayos de modo que no sea necesario la utilización de equipos o la intervención de personal altamente especializados.

Nucleic acid tests, “NAT”, refers to molecular techniques to detect nucleic acid used to identify pathogenic species such as bacteria and viruses and also genetic biomarkers related to diseases, such as cancer, drug performances and drug toxicities. This kind of assays is increasingly being used as routine tests in the cost challenged medical health systems, animal health, food safety and drug development by pharmaceutical companies. NAT has created an expanding global market which will grow at a compound annual growth rate (CAGR) of nearly 10% by 2020. Within the PCR-based dominated NAT market, a new type of NAT, which does not fully rely on PCR, has been recently proposed. The chemistry-based approach is based on dynamic chemistry and uses abasic PNA probes (DGL probes) and aldehyde-reactive modified nucleobases (SMART-Nucleobases, SMART-NBs), allowing nucleic acid reading with single-base resolution. The specificity of the method relies on two steps which need both to occur in order to create a readable signal: 1) perfect hybridization between a DGL probe and its target nucleic acid and 2) a specific thermodynamic-controlled incorporation to the DGL probe of a SMART-NB which is complementary to the nucleotide under interrogation following Watson-Crick base pair ruling. As a result, the system removes the chances of a false-positive result. The aim of this project was to develop new molecular assays, based on this chemistry-based approach, which offered diagnostic capabilities for rapid identification of both pathogens and circulating biomarkers. These new molecular assays aimed to offer advantages in terms of result consistency, time, cost and ease of use.