Sisukord:
- Kuidas test töötab?
- Test tuvastab SARS-CoV-2 geenid E (ümbrik) ja N (nukleoproteiin). Miks otsustasite need sihtida?
- Kuhu see test sobib olemasoleva koroonaviiruse testimise ja eriti PCR-põhiste testide maastikuga?
- Kas arvate, et CRISPR-põhine testimine asendab PCR-analüüse?
- Teie lähenemisviis on tundlikkuse määr 95 protsenti. Kas sellest piisab massitestimiseks?
- Mõni PCR-põhine test annab tulemusi vähem kui 15 minutiga. See test võtab umbes 40 minutit. Kas saaksite selle kiiremini teha?
- Kas see on odav test?
- Millised on testimise suurendamisega seotud tehnilised probleemid?
- Kas on muid kohti, kus nakkushaiguste testimiseks kasutatakse CRISPR-i?
- Milliseid potentsiaalseid rakendusi on selle testi kasutamiseks tulevikus tekkivate viiruste korral?
Tehnikal põhinev odav test võib anda jah või ei vastuseid vähem kui tunni jooksul - võib-olla isegi varsti kodus.
Testimine on üks kõige hirmutavamaid takistusi, mida ületada, enne kui tuhanded saavad taas randu ja pesapallistaadioneid pakkida. Paljukiidetud geenitöötlustehnoloogia CRISPR teeb nüüd pakkumise, et aidata skeemide katsetamisel auke täita. Eelmisel nädalal avaldasid teadlased Nature Biotechnology uuringu, milles kirjeldati uudset koronaviiruse testi, mis põhjustab COVID-19, mis kasutab tehnikat tulemuste saamiseks umbes 40 minutiga. Töö algas siis, kui uuringu kaasautor, San Francisco California ülikooli nakkushaiguste arst Charles Chiu uuris selle aasta alguses CRISPR-põhist borrelioosi testi. Seejärel alustas SARS-CoV-2 oma saatuslikku teekonda ümber maakera ja ta viis uuringud kiiresti oma laboris edasi.
Sondi arendamiseks Chiu ja tema kolleegid U. C. S. F. tegi koostööd Mammoth Biosciences teadlastega, mille asutasid biokeemik ja CRISPRi avastaja Jennifer Doudna. Test kasutab erinevaid reaktiive kui praegu kasutatavad PCR-põhised SARS-CoV-2, pakkudes potentsiaalset alternatiivi juhul, kui viimaste katsete läbiviimiseks on vaja kemikaale. Üks puudus on aga see, et uue lähenemisviisi tundlikkus või võime korrektselt positiivseid tulemusi pakkuda on veidi madalam kui olemasolevate testide puhul. Chiu ütleb, et kliinilise labori kasutamiseks vajaliku CRISPR-testi väljatöötamine võtab umbes kaks nädalat ja et hoolduspunkti versioon võiks olla valmis juba kahe kuni kolme kuu jooksul. Teaduslik ameeriklane rääkis temaga tehnikast.
[Järgneb intervjuu redigeeritud ärakiri.].
Kuidas test töötab?
CRISPR on tehnoloogia, mis võimaldab teil sihtida mõnda konkreetset geeni ja võite mõelda sellest peaaegu kui molekulaarsest käärist. See suudab väga kiiresti ja väga täpselt tuvastada viirusele vastava geeni või põhimõtteliselt DNA järjestuse osa. Seetõttu peetakse seda tavaliselt geenide redigeerimise tööriistaks. Kuid sama tehnoloogia, mis võimaldab meil geene redigeerida, võimaldab teil neid ka tuvastada. Sel juhul sihime SARS-CoV-2 geene. Kasutame valku nimega CRISPR-Cas12. Kui see leiab õige sihtmärgi, lõikab ta selle. Ja seda tehes vabastab see signaali.
Test tuvastab SARS-CoV-2 geenid E (ümbrik) ja N (nukleoproteiin). Miks otsustasite need sihtida?
On paar põhjust. Eelkõige on N-geen geen, mis on kõige rohkem väljendunud viirusnakkuste korral. Teisisõnu, see on kõige tavalisem, nii et seda on kõige lihtsam tuvastada. Teine põhjus on see, et N-geen on tegelikult sama sihtmärk, mis on suunatud haiguste tõrje ja ennetamise keskuse PCR-testi sihtmärgile. Ja see oli esimene katse, mille Toidu- ja Ravimiamet lubas hädaolukorra kasutamiseks (EUA), nii et me lihtsalt kasutame fakti, et sellele geenile on juba suunatud katse, mis juhtumisi on väga väljendunud. Valisime E-geeni, kuna see on üks sihtmärkidest, mida kasutab Maailma Terviseorganisatsioon. Meie eesmärk ei olnud ratta uuesti leiutamine, vaid pigem samade sihtmärkide kasutamine, mis on juba osutunud tõhusaks SARS-CoV-2 tuvastamisel.
.
Kuhu see test sobib olemasoleva koroonaviiruse testimise ja eriti PCR-põhiste testide maastikuga?
Me ei ole kuskil lähedal testimisskaalale, mida me tegelikult vajame, et olla kindlad, et saame uuesti tööle tulla ja uuesti tööle asuda. Kuigi PCR-teste on palju erinevaid, on siiski vaja nii katsetamise ulatust kui ka kiirust drastiliselt üles tõsta. Ja igas PCR-põhisel testil kasutatakse ühtset reagentide komplekti ja seetõttu võib nende kättesaadavus olla puudulik. Meie analüüsis kasutatakse ensüüme ja reaktiive, mis erinevad peaaegu kõigist teistest testidest, seega on see alternatiiv, mis võib testimist tõepoolest kiirendada. Vajame ka tehnoloogiat, mis võimaldab meil teha teste hoolduskeskustes: kiirabis, arsti kabinetis või isegi kodus. CRISPR-tehnoloogia pakub tee, mille abil saaksime seda lõpuks teha. See ei nõua mahukat seadet. Ja reaktiivid ise on üsna odavad.
Kas arvate, et CRISPR-põhine testimine asendab PCR-analüüse?
Ma ei. See on veidi vähem tundlik kui praegu levinud PCR-testid. CRISPR-tehnoloogial on veel pikk tee minna, enne kui saavutame võrreldava tundlikkuse - kuigi põhimõtteliselt pole teoreetilist põhjust, miks me seda ei saaks. Kuid arvan, et kui saabub aeg ja see on laiemalt kasutusele võetud ja optimeeritud, on see kindlasti võimalik, sest CRISPR-põhised testid on kiiremad ja potentsiaalselt odavamad. Ja selles konkreetses testis võime õnnestuda proovist RNA-ks või DNA-ks muundamise ekstraheerimise etapist mööda minna. Seega on tõenäoline, et see võib tavapäraseid teste asendada. Kuid see on endiselt uus tehnoloogia ja ma ei usu, et see juhtub niipea. Vahetult on see mõeldud tasuta tööriistaks.
Teie lähenemisviis on tundlikkuse määr 95 protsenti. Kas sellest piisab massitestimiseks?
Ma arvan, et on. Patsientidel, kes on nakatunud SARS-CoV-2-ga, on tavaliselt kõige suurem viiruskoormus, kui neil sümptomid algselt tekivad. Ja tegelikult võib see olla isegi enne sümptomite ilmnemist, et neil võib olla väga kõrge viiruskoormus. Haiglaravil viibivatel patsientidel viiruskoormused ajas muutuvad, kuid üldiselt langevad. Nii et kui patsiendid on minimaalselt sümptomaatilised, siis on nad uskumatult nakkavad ja peame leidma viisi, kuidas ülekandeahel katkestada. CRISPR-i lubadus on see, et see võib pakkuda odavat, detsentraliseeritud testimist suurele osale elanikkonnast. Praegu pole vaja tuvastada iga madalat nakkust, vaid testimist tuleb rakendada laialt.
Mõni PCR-põhine test annab tulemusi vähem kui 15 minutiga. See test võtab umbes 40 minutit. Kas saaksite selle kiiremini teha?
Testi leidmise ja selle tundlikkuse maksimeerimise huvides otsustasime selle veelgi tugevamaks muuta. Nii et sammud on tegelikult pikemad kui vaja. Katse kiirendamine tähendaks ekstraheerimisetapi möödumist ja reaktsiooniaegade lühendamist. Oleme suutnud tuvastusaja vähendada 10 minutini, seega on see kindlasti teostatav. Küsimus on selles, kas saate seda teha ja säilitada endiselt sama tundlikkus ?.
Kas see on odav test?
Katse on üldiselt üsna odav, kuna reaktiive ja ensüüme saab valmistada lahtiselt. Praegu maksavad kulud õige platvormi valmistamise katse. Kui suudame testi pakkida odavasse ühekordselt kasutatavasse kassetti, võib see potentsiaalselt olla väga odav. Reaktiivide maksumus on vaid paar dollarit testi kohta. Kliinikalaboril põhineva CRISPR-testi jaoks on eesmärk alla 1 USD testi kohta ja kodupõhise testi maksumus on alla 5 USD. Peamine on siiski see, kas [me] suudame seda toota suure mahuga ja suure võimsusega ning hoida seda odavalt - ja kas saaksime testi siiski väljaspool laborit erinevates seadetes läbi viia.
Millised on testimise suurendamisega seotud tehnilised probleemid?
Reaktiivide kättesaadavus on üks. Teine hõlmab lihtsalt tsentraliseeritud testimise vajadust. Tavaliselt vajate nende instrumentide käitamiseks molekulaarlaborit, nii et testimist piirab kasutatavate instrumentide arv. Näiteks Abbott ID NOW [test] on üks väheseid hoolduspunkte. Kuid see käitab korraga ainult ühte valimit. Peame suutma korraga läbi viia sadu katseid. Ja lisaks sellele, et CRISPR võimaldab teil teha hoolitsust, kuna reaktsioon on väga kiire ja lihtne, võib see teile kliinilises laboris potentsiaalselt tuhandeid proove korraga teha ja teha seda kiiremini kui PCR suudab. Võite seda ka koduseks kasutamiseks levitada. CRISPR-testi mitmekordistamine hoolduspunktis või kodus on võimalik, kui test koosneb ühekordsest kassettist, mis sisaldab kõiki vajalikke reaktiive.
Kas on muid kohti, kus nakkushaiguste testimiseks kasutatakse CRISPR-i?
Jah, [Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi ja Harvardi ülikooli] laia instituudis on rühm, kes arendab CRISPR-Cas13 ensüüme SARS-CoV-2 testimiseks. Kuna see on kasulik nii diagnostikaks kui ka geenide redigeerimiseks, näeme CRISPR-i väljatöötamist olevat nii diagnostiline tööriist kui ka teraapia, mis suudaks mitte ainult viirust tuvastada, vaid ka hävitada.
Milliseid potentsiaalseid rakendusi on selle testi kasutamiseks tulevikus tekkivate viiruste korral?
Selle tehnika puhul on suurepärane see, et neid sonde saab hõlpsalt kujundada, mis tähendab, et saame oma sihtmärki kiiresti muuta. Ma tegin selles testis tegelikult koostööd Mammoth Biosciences'ga puukide kaudu leviva borrelioosi testi väljatöötamiseks. Kui SARS-CoV-2 genoomi järjestus oli saadaval, läksime järjestuse omamisest funktsionaalse testi tegemisele kahe või kolme nädala jooksul. Lõpuks näeme ette hoolduspunkti testi, mis oleks programmeeritav iga soovitud sihtmärgi jaoks.
Lisateavet koronaviiruse puhangu kohta leiate siit.
