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Cientistas da Texas A&M AgriLife Research e colaboradores da Iowa State University desenvolveram um chip sensor que pode detectar muitos patógenos de doenças com 10 vezes a sensibilidade dos métodos atualmente disponíveis.
O chip também elimina a necessidade de reagentes de corantes químicos normalmente usados no processo de diagnóstico. A nova tecnologia promete recursos de diagnóstico rápido e de baixo custo no ponto de atendimento em plantas, alimentos, animais e humanos, incluindo a detecção de patógenos transmitidos por alimentos, gripe aviária e COVID-19.
Os resultados do novo sensor estão disponíveis em cerca de 30 minutos.
Em sua pesquisa, publicada em Sensores ASCos cientistas usaram o novo sensor para detectar Phytophthora infestans. O patógeno causa a doença da requeima globalmente devastadora – uma ameaça particular para as plantações de batata e tomate.
A pesquisa foi co-liderada por Jinping Zhao, Ph.D., cientista de pós-doutorado da AgriLife Research em Dallas, e Subin Mao, um Ph.D. candidato em engenharia elétrica e de computação na Iowa State University. Servindo como autores correspondentes foram os colaboradores Junqi Song, Ph.D., professor associado e líder de pesquisa de imunidade vegetal da AgriLife Research em Dallas, e Long Que, Ph.D., professor de engenharia elétrica na Iowa State University. Doações iniciais de cada universidade financiaram a pesquisa.
“Esta pesquisa avança em tecnologias que surgiram como algumas de nossas maiores oportunidades para melhorar a agricultura, a segurança alimentar e a saúde humana”, disse Song. “Nossa publicação representa um passo para a realização dessas poderosas ferramentas contra doenças”.
Com base nas tecnologias existentes
O novo sensor aprimora uma técnica conhecida como amplificação isotérmica mediada por loop, ou LAMP, que é amplamente usada para detectar patógenos pela amplificação de seu DNA.
A detecção de produtos LAMP amplificados a partir de moldes, como o DNA do patógeno, muitas vezes requer que os produtos sejam “marcados” usando corantes fluorescentes – um processo caro com baixa sensibilidade. O novo sensor diagnostica patógenos sem tais reagentes e com alta sensibilidade. Ele também elimina um longo processo de purificação de DNA que cria desafios para o uso no local de atendimento.
O novo chip consiste em um sensor de película fina de nanoporos dentro de uma câmara de reação especial. Os primers são projetados exclusivamente para serem imobilizados no nanofilme, fazendo com que os produtos LAMP amplificados se liguem ao sensor, que produz sinais que podem ser medidos direta e facilmente com um espectrômetro portátil.
Qual é o próximo
O chip LAMP oferece uma nova plataforma portátil para detectar patógenos usando sensores sem etiquetas com ultrassensibilidade. A equipe de pesquisa agora trabalhará para aumentar ainda mais a sensibilidade a um nível subattomolar ou ainda mais baixo.
A equipe visa compensar os desafios atuais para detectar e distinguir espécies e cepas de patógenos com semelhanças de alta sequência. Eles também trabalharão para melhorar a especificidade das detecções e estabelecer detecção quantitativa integrando inteligência artificial e tecnologias de edição de genes CRISPR.
Seu objetivo é obter um produto viável para ampla adoção em aplicações de saúde animal, vegetal e humana.
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