Группа исследователей под руководством профессора Итамара Вильнера (Itamar Willner) из Израильского университета в Иерусалиме (Hebrew University of Jerusalem) синтезировала оригинальную молекулу ДНК, которая при обнаружении следовых количеств вируса включает световой сигнал. Авторы изобретения использовали свойство ДНК катализировать химические реакции, которое на самом деле является неотъемлемым свойством белков-ферментов.
Молекулярная машина представляет собой одноцепочечную ДНК петлевидной формы, состоящую из трех частей. Кодовая последовательность одной из частей (район А) соответствует кодовой последовательности ДНК вируса. Другая часть этой молекулы ДНК (район С) является полуфабрикатом полной двухцепочечной молекулы ДНК, обладающей определенной каталитической активностью. Третий участок (район В) представляет собой кодовую последовательность ДНК, которую узнает особый белок-фермент. Этот белок обладает способностью достраивать вторую цепь ДНК в полном соответствии с генетическим кодом одноцепочечной ДНК (принцип комплементарности).
Система работает следующим образом: при обнаружении вирусной ДНК, генетический код которой соответствует генетическому коду района А молекулы ДНК-детектора, они залипают друг на друга с образованием двухцепочечной структуры. Это комплементарное взаимодействие ДНК вируса и ДНК-детектора побуждает белок, находящийся в растворе, связаться с районом С молекулы ДНК-детектора и достроить вторую комплементарную цепь, превратив район С в готовый ДНК-каталитический центр.
После синтеза второй цепи ДНК белок отрезает каталитический центр от остальной молекулы ДНК-детектора. Молекула гемина, являющаяся химическим производным гемоглобина, активизирует ДНК-каталитический центр, который, в свою очередь, трансформирует молекулы люминола с освобождением фотона — раствор начинает испускать голубой свет.
Большими преимуществами метода являются автоматизированность процесса и короткое время, требующееся для получения окончательного ответа (1-1,5 часа). Новый метод обладает высокой чувствительностью, исследователи обнаружили в пробе бактериальный вирус М13 в концентрации, соответствующей концентрации пакета сахара, растворенного в озере Мичиган.