Тест за коронавирус, базиран на CRISPR, който може да се чете с мобилен телефон
Изследователи от Институтите в Гладстоун, Калифорнийския университет в Бъркли и Калифорнийския университет в Сан Франциско са разработили тест за откриване на коронавирус SARS-CoV-2, базиран на технологията CRISPR, резултатите от който могат да бъдат интерпретирани с мобилен телефон. Разработката и демонстрацията на действието на теста, който може да открие наличието на вируса за пет минути, са публикувани в списание Cell.
От началото на пандемията едно от основните предизвикателства на научните изследвания е създаването на инструменти, които позволяват ефективно, бързо и мащабно идентифициране на хората, които са заразени с коронавирус и могат да заразят други.
Основният тест за диагностициране на наличието на вируса е количествената полимеразна верижна реакция (PCR), подход, който изисква квалифициран персонал, специфични реактиви и лабораторно оборудване. Много лаборатории, които използват тази техника в своите изследвания, са адаптирали оборудването и персонала си за откриване на вируса. Търсенето обаче продължава да расте и наличността на персонал и оборудване не е еднаква във всички региони. В този контекст, новият тест, разработен от Институтите на Гладстоун, Калифорнийския университет в Бъркли и Калифорнийския университет в Сан Франциско, който изисква по-малко реактиви, се решава за четвърт час и може да се прочете с едно толкова широко разпространено устройство като мобилен телефон с камера, разширява различните сценарии, при които тестът може да се проведе и би могъл да представлява повратна точка за контрол на пандемията.
„Една от причините, поради които сме развълнувани от диагностиката, базирана на CRISPR, е потенциалът за бързи и точни резултати там, където са необходими“, казва Дженифър Дудна, изследовател от Калифорнийския университет в Бъркли, която спечели Нобелова награда за химик за участието си в разработката на инструменти за редактиране на генома и е съдиректор на работата. „Това е особено полезно на места с ограничен достъп до тестове или когато тестовете трябва да се правят бързо и често. Това може да премахне много съпътстващи стеснявания, които сме виждали при COVID-19. "
Метод, базиран на CRISPR-Cas13a
Новият диагностичен метод на SARS-CoV-2 се основава на използването на ензима Cas13a, нуклеаза, която принадлежи към системата CRISPR-Cas, адаптивен механизъм на бактериите за справяне с вируси, който е адаптиран към инструмент за специфична модификация на ДНК .
Системите CRISPR-Cas, използвани в лабораториите, имат два основни елемента: ензим нуклеаза, който реже нуклеиновата киселина и РНК молекула, която насочва ензима към определена позиция в генома. За да разработят скринингов тест за коронавирус, изследователите избраха нуклеазата Cas13a по две основни причини. Първо, Cas13 реже РНК, поради което може да се използва за откриване на РНК генома на коронавируса, без да е необходимо да се трансформира РНК в ДНК, както в случая с PCR. Второ, нуклеазата Cas13a има много интересно свойство за развитието на теста: когато е активирана чрез свързването на транспортната РНК с целевата РНК, която в този случай е генома на коронавируса, тя разгражда останалите РНК фрагменти, присъстващи около нея по неспецифичен начин.
Що се отнася до втория основен елемент, транспортната РНК, тестът за откриване използва множество транспортни РНК, които разпознават различни позиции на генома на коронавируса, тъй като тази стратегия увеличава чувствителността за откриване на присъствието на вируса.
И накрая, изследователите са добавили трети елемент, за да могат да открият резултата: маркирана РНК сонда, която излъчва флуоресценция, когато РНК е фрагментирана.
Функционирането на новия метод е просто. В присъствието на коронавируса, комплексите, образувани от Cas13a и различните транспортни РНК, се свързват по специфичен начин с вирусния геном и активират неспецифичната активност на Cas13a, която започва да фрагментира присъстващите РНК молекули, включително РНК сондите. Когато са фрагментирани, сондите излъчват флуоресцентен сигнал, който може да бъде прочетен и интерпретиран от подходящо устройство.
Снимка: Rosario García, Genotipia.
Четене на резултата с мобилен телефон
За да допълнят простотата на теста на молекулярно ниво и да демонстрират неговата преносимост, изследователите измерват флуоресценцията, излъчена в присъствието на вируса, с лесно сглобяемо устройство, което използва камера на мобилен телефон за да запише резултата.
„Избрахме да използваме мобилни телефони като основа за нашето устройство за откриване, тъй като те имат интуитивен потребителски интерфейс и високочувствителни камери, които можем да използваме за да засечем флуоресценцията“, обяснява Даниел Флетчър, биоинженер от Калифорнийския университет в Бъркли. „Мобилните телефони освен това се произвеждат масово и са рентабилни, което показва, че за този тест не са необходими специализирани лабораторни инструменти.“
Директно и по-бързо откриване
Технологията CRISPR по-рано е била използвана при разработването на тестове за откриване на коронавирус. Въпреки това наличните стратегии използват повече междинни стъпки и изискват около час. Тъй като при него го няма етапа на усилване, новият метод позволява да се намали времето за анализ. Освен това позволява да се получат количествени измервания на РНК.
Екипът е проверил ефективността на метода при пациенти с COVID19 и е установил, че той е способен да открие вируса в положителни проби с 5 минутно измерване на флуоресценцията. В случай на изолирана вирусна РНК, може да открие до 100 копия на коронавирусна РНК на микролитър след 30 минути време за измерване.
„Това, което наистина прави този тест уникален, е, че той използва реакция в една стъпка за тестване на вирусна РНК, в сравнение с двустепенния процес на традиционните PCR тестове“, казва Мелани От, директор на Института по вирусология в Гладстън, професорка в катедрата Медицина в Калифорнийския университет в Сан Франциско и една от ръководителите на работата. „Най-обикновена химия, в партньорство с камерата на смартфона, намалява времето за откриване и не изисква сложно лабораторно оборудване. Освен това позволява на теста да извършва количествени измервания, вместо просто да предоставя положителен или отрицателен резултат. "
До този момент тестът за откриване на коронавирус е експериментален и не е изпробван в реален клиничен контекст. Създателите му посочват, че той може да бъде адаптиран към различни видове мобилни телефони и се надяват да разработят система, която да се възползва от свързаността на телефоните и позволява да се изпращат резултати към компютърни системи, базирани на облак, без да се нарушава поверителността на пациента. Стратегията може да бъде важна за проследяване на контакти и епидемиологични проучвания. „Този тип диагностичен тест, базиран на смартфон, може да изиграе решаваща роля в контрола на настоящите и бъдещите пандемии“, казва От.
Референтна статия: Fozouni P, et al. Amplification-free detection of SARS-CoV-2 with CRISPR-Cas13a and mobile phone microscopy. Cell. 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.12.001
Fuente: New CRISPR-Based Test for COVID-19 Uses a Smartphone Camera. https://gladstone.org/news/new-crispr-based-test-covid-19-uses-smartphone-camera
Автор: Amparo Tolosa, Genotipia
Превод от испански: Лиляна Петрова
Източник: Una prueba para detectar el coronavirus basada en CRISPR que se puede leer con un móvil
Коментари
Публикуване на коментар