L’une des premières méthodes de détection des acides nucléiques est la liaison complémentaire d’oligonucléotides sélectifs aux séquences d’ARN ou d’ADN analysées. Cette méthode utilise des fragments d’acide nucléique (sondes) qui peuvent former des paires de bases Watson-Crick avec unanalyte d’ADN ou d’ARN 1 ciblé. Le complexe est ensuite différencié de l’analyte et de la sonde non liée par diverses techniques. Certaines méthodes, comme le Northern blot, l’hybridation in situ , ou qPCR, sont basées sur le phénomène de liaison complémentaire2. Les sondes d’hybridation les plus courantes présentent deux inconvénients importants : une faible sensibilité (elles peuvent atteindre des niveaux micromolaires à nanomolaires) ainsi qu’une faible sélectivité aux variations nucléotidiques uniques (SNV), y compris les mutations ponctuelles. La question nécessite une approche sophistiquée puisque les solutions à ces inconvénients entrent en conflit les unes avec les autres3. Pour offrir la meilleure sélectivité, l’oligonucléotide de détection doit être suffisamment court pour former des hybrides instables avec des analytes non appariés. De tels oligonucléotides courts ne sont pas capables de lier étroitement les acides nucléiques ciblés et de dérouler leurs structures secondaires, échouant ainsi souvent à fournir un signal détectable. Il est particulièrement difficile de détecter des fragments riches en CG dans l’ARN biologique, ou ADN double brin (ADNdb). En revanche, les sondes longues sont insensibles à SNV3. Pour sortir de l’impasse, le concept d’une sonde binaire a été développé4.
Des capteurs binaires divisent une seule sonde de détection en deux morceaux et spécialisent ses fragments, en gardant l’un d’entre eux long pour dérouler les épingles à cheveux ou envahir l’ADNdb. Le deuxième fragment de sonde binaire reste court pour être sensible à une base non appariée, fournissant ainsi un moyen de détecter SNV. Le signal sera produit si les deux parties du capteur binaire sont jointes4. Le complexe complet peut être visualisé via FRET5, la sonde de balise moléculaire 6,7, ou les G-quadruplexes avec une activité semblable à celle de la peroxydase 8,9,10, ou bien 11,12,13 DNAzyme de clivage de l’ARN. Les capteurs binaires avec un noyau DNAzyme de 10 à 23 ont été amplement décrits. Ils ont été adaptés pour détecter des fragments d’acide nucléique simple brin créés synthétiquement11, ou des produits d’amplification simple brin 14,15. Une détection sans amplification est également possible, par exemple, dans le cas de l’ARNr 16S extrait d’une culture cellulaire, puisque cette molécule est abondante dans les cellules12,16. Les capteurs binaires avec un noyau DNAzyme 10-23 peuvent également être adaptés pour la détection d’acides non nucléiques, comme pour les ions plomb17. Néanmoins, la faible sensibilité est toujours considérée comme l’un des principaux inconvénients des capteurs binaires 10-23 DNAzyme, et diverses approches, y compris les cascades18 ou des méthodes alternatives d’amélioration du signal19, ont été développées pour résoudre ce problème. Malheureusement, les techniques ci-dessus augmentent considérablement le coût et l’instabilité des composants du capteur, et ne sont donc pas encore entrées en pratique.
L’expérience décrite dans ce travail utilise 10-23 nanocapteurs d’ADN basés sur DNAzyme, appelés nanomachines d’ADN (DNM)20,21. Ces structures comprennent des capteurs binaires et aussi (1) des facilitateurs d’ADN flanquant la sonde binaire, déroulant les régions structurées et envahissant l’ADN double brin, et (2) une tuile d’ADN qui maintient toutes les parties DNM ensemble à proximité et augmente les chances de formation de signaux (Figure 1). Dans l’ensemble, les 10-23 DNM basés sur DNAzyme abaissent la limite de détection (LOD) jusqu’à la plage picomolaire21 ; ils peuvent être utilisés pour détecter l’ARN16r dans les lysats cellulaires22 ou signaler la présence d’ARN viral sans amplification 23,24. Dans le même temps, les DNM restent sensibles au SNV et peuvent même être utilisés pour génotyper les allèles chez les organismes hétérozygotes25. La méthode DNM peut être utilisée comme technique complémentaire à tout type d’amplification pour la visualisation de produits ou l’identification du produit dans un mélange complexe à haute sélectivité. Les DNM, contrairement aux sondes TaqMan et aux sondes de balise conventionnelles, ne nécessitent pas de chauffage de l’échantillon et peuvent donc être utilisées dans les protocoles de détection de points finaux, ce qui rend la détection globale rentable.
Cet article décrit le développement in silico d’un DNM et démontre les procédures d’assemblage et de caractérisation fonctionnelle du DNM. Le travail a été réalisé à l’aide d’un fragment synthétique du virus d’Epstein-Barr (VEB) correspondant aux positions 13972-14154 de l’ADN viral (OR652423.1) (voir Tableau des matériaux).