Informações
Nível de aprovação pela UnB
Aprovado pela UnB
Nome Completo do Proponente
Cíntia Marques Coelho
Matrícula UnB
107-0274
Unidade acadêmica da UnB
cintia.coelhom@gmail.com
Link Cúrriculo Lattes
Título da Proposta
Método de diagnóstico para SARS-CoV-2 baseado em Ribozimas e DNA beacon
Sumário Executivo da Proposta
A presente proposta tem como objetivo o desenvolvimento de método rápido, de custo reduzido e de fácil detecção para diagnóstico de SARS-CoV-2. O método é composto por amostragem de fluidos das vias aéreas superiores, extração do RNA, reação e detecção de fluorescência. A estratégia de reação e detecção baseada em três etapas principais. A primeira consiste no reconhecimento da molécula de RNA viral por duas ribozimas do tipo hammerhead. As regiões alvo de atuação de cada uma das duas ribozimas serão sequências conservadas e específicas do SARS-CoV-2 obtidas após alinhamento genômico das diferentes linhagens viral depositadas em banco de dados específico e comparações com material genético de outros vírus SARS e humanos. Este reconhecimento levará à quebra da molécula de RNA viral e obtenção de um fragmento chamado de iniciador de sinal. A segunda etapa consiste na ligação da molécula iniciadora a um DNA beacon repórter, que possui uma estrutura em forma de grampo tendo em uma das extremidades um fluoróforo e na outra uma molécula quencher. Quando o DNA beacon se encontra na forma de grampo o fluoróforo não emite fluorescência, entretanto quando esta molécula interage com o fragmento iniciador ocorre a abertura do grampo, distanciando o quencher do fluoróforo e nesta configuração molecular permitirá a perda do efeito quenching resultando em fluorescência desse DNA repórter. A terceira etapa prevê o aumento da fluorescência estequiométrica 1:1 pela indução de uma cascata de DNA beacons, de forma que o sinal aumentará em consequência da fluorescência de várias moléculas repórteres multiplexadas.
Palavras-chave
método diagnóstico, SARS-CoV-2, fluorescência, one-tube reaction, isotérmico..
Número de Integrantes da Equipe
4
Nome dos Integrantes da UnB
Fernando Araripe Gonçalves Torres, Ildinete Silva Pereira, João Paulo Figueiró Longo, Mayna da Silveira Gomide
Há integrantes externos à UnB?
Sim
Possui apoio de Grupo de Pesquisa Certificado pela UnB no CNPq?
Sim
Nome/Link do Grupo de Pesquisa certificado no CNPq pela UnB
Laboratório de Biologia Molecular, Laboratório de Biologia Sintética
Público alvo
Análise do Contexto
COVID-19 é uma doença decorrente da infecção pelo vírus SARS-CoV-2, que se iniciou na província de Wuhan na China e rapidamente se espalhou para todos os continentes. Até o momento houve mais de 24 milhões de pessoas infectadas e já causou mais de 800 mil mortes no mundo. O Brasil é o segundo país com o maior número de pessoas infectadas e mortas pelo COVID-19 (https://covid19.who.int/). Os pacientes positivos para COVID-19 podem ser classificados em assintomáticos e sintomáticos, sendo que entre esses últimos tem-se desde casos amenos até os mais severos e críticos. A detecção de pacientes infectados faz-se principalmente por RT-qPCR (Quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction) ou métodos sorológicos. Esses últimos baseiam-se na detecção de IgM e/ou IgG e, de acordo com o CDC-USA, sua utilização não é indicada para diagnóstico da fase inicial da doença (dentro de 7 dias a partir do início dos sintomas). Para essa fase, cuja detecção é essencial para evitar propagação do vírus em larga escala e definição do tratamento do doente, o método indicado é o RT-qPCR, que identifica a presença do RNA viral. Contudo, o RT-qPCR apresenta várias limitações, como a exigência de mão de obra e equipamentos especializados, alto custo, considerável tempo de execução e procedimentos laboriosos. Assim, faz-se necessário e imprescindível o desenvolvimento de novos métodos diagnósticos que superem as limitações supracitadas.
Breve Fundamentação Teórica
A alta taxa de transmissão do SARS-CoV-2, leva à necessidade urgente de medidas que contenham sua propagação. Assim, a identificação rápida de pacientes infectados por esse vírus em seus estágios iniciais torna-se essencial. Contudo, o método indicado atualmente, RT-qPCR, apresenta várias limitações que restringem seu uso escalonado. Métodos mais rápidos e de menor custo foram desenvolvidos e baseiam-se em sistemas CRISPR-Cas, com pedidos de patentes já depositados. É notável que a aquisição de insumos não produzidos pelo Brasil tem se mostrado altamente desafiador durante essa pandemia. Assim, seria recomendado que o país tivesse à disposição um método rápido, de fácil detecção do SARS-CoV-2, livre de pedido de patente internacional, eficiente e escalonável. A presente proposta visa o desenvolvimento de tal método de diagnóstico de SARS-CoV-2 baseado no uso de ribozimas e DNA beacon. Esse seria isotérmico, baseado em one-tube reaction, tendo o diagnóstico positivo facilmente detectável por visualização de fluorescência.
Objetivos e Metas
O objetivo da presente proposta é o desenvolvimento de método rápido, de baixo custo e de fácil procedimento para o diagnóstico de SARS-CoV-2 pela detecção indireta do RNA viral. Esse método, no futuro, poderia ser utilizado, com pequenos ajustes, para detecção de outras doenças virais, como zika, dengue e chicungunha, além de viroses vegetais.
Meta 1: Identificação de sequências do SARS-CoV-2 alvo para ação de cada uma das duas ribozimas. É imprescindível que as sequências alvo não tenham homologia significativa com nenhuma sequência de outros vírus humanos nem com o genoma humano
Indicador da meta 1: identificação de pelo menos 4 sítios para atuação das ribozimas presentes no genoma do SARS-CoV-2.
Meta 2: Desenho e síntese de ribozimas que atuarão na clivagem de sequências alvo identificadas na meta1.
Indicador da meta 2: Obtenção de pelo menos 4 ribozimas por transcrição in vitro.
Meta 3: Desenho e síntese das moléculas de DNA beacon que serão aneladas com os fragmentos iniciadores obtidos após atuação dos pares de ribozimas e das moléculas de DNA beacon que amplificarão o sinal.
Indicador da meta 3: Obtenção de pelo menos 4 moléculas de DNA beacon que serão aneladas aos fragmentos iniciadoras e de pelo menos mais 4 moléculas de DNA beacon complementares às primeiras que amplificarão o sinal de fluorescência do sistema.
Meta 4: Análise in vitro do funcionamento do sistema composto pela sequência alvo de RNA viral, ribozimas e moléculas de DNA beacon.
Indicador da meta 4: obtenção de sinal de fluorescência indicando o sucesso do funcionamento in vitro do sistema.
Metodologia
Os alvos das ribozimas, serão regiões consenso identificadas a partir do alinhamento das variantes genéticas disponibilizadas nos bancos de dado para SARS-CoV-2 que não apresentem homologia com outros vírus que causam doenças em humanos e também com o próprio genoma humano. As ribozimas e os DNAs beacon serão sintetizados por empresas especializadas, sendo necessário realizar a transcrição-in-vitro das ribozimas. O RNA viral extraído do swab será submetido a quebra com a utilização de 2 ribozimas. O fragmento de RNA viral anelará com as moléculas de DNA beacon em reações concatenadas, resultando em mudanças da sua estrutura secundária, permitindo a fluorescência.
Resultados Esperados
Propomos neste projeto o desenvolvimento de um método diagnóstico para SARS-CoV-2, a partir de amostras de RNA viral, rápido, sensível, de fácil detecção e baixo custo, comparado com a RT-qPCR utilizado atualmente. Esta proposta baseia-se no uso de ribozimas e DNAs beacon e se destaca pelo pioneirismo do uso conjunto dessas duas moléculas. Por ser uma metodologia ainda não descrita na literatura apresenta alto potencial para patenteamento. Ainda, destacamos que esta estratégia, com pequenas modificações, poderá ser utilizada também para detecção de outras importantes viroses respiratórias, como aquelas causadas pelos vírus influenza, além de outras doenças virais como dengue, zika e chicungunha e poderá ser utilizada também para detecção de vírus em plantas. A capacitação de cientistas brasileiros nesta área é de suma importância visto que é imperioso que o Brasil domine estas tecnologias em face dos desafios decorrentes da globalização que permite a rápida disseminação de viroses e que os testes de diagnóstico utilizados atualmente apresentam, todos, tecnologia importada. No caso de sucesso dessa metodologia aqui proposta para detecção do SARS-CoV-2 esperamos que empresas nacionais possam ser estimuladas a produzir insumos e fornecer serviços para aplicação maciça desse teste no país.
Área de Conhecimento
Subárea de Conhecimento
Cronograma da Execução
1. Identificação das regiões alvo do sistema-( Ano1 - 1º trimestre);
2. Desenho e síntese das ribozimas-(Ano1- 2º e 3º trimestres);
3. Avaliação da funcionalidade das ribozimas-(Ano1- 3º e 4º trimestres; Ano2 -1º trimestre);
4. Desenho e síntese dos DNA beacons-(Ano1- 2º e 3º trimestres);
5. Validação da funcionalidade in vitro do sistema-(Ano1- 3º e 4º trimestres; Ano2 -1º e 2º trimestres);
6. Análise dos dados-(Ano1- 3º e 4º trimestres; Ano2 -1º e 2º trimestres);
7. Divulgação dos resultados em mídia digital e escrita de artigos-(Ano2- 3º e 4º trimestres).
Tempo total de execução previsto
24