Группа авторов из США опубликовала исследование в научном журнале Nature Biotechnology в котором они описали подход на основе CRISPR-Cas для быстрой и точной диагностики тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса 2 (SARS-CoV-2) – без сложной лабораторной инфраструктуры.

Несмотря на то, что большинство случаев коронавирусной болезни (COVID-19) в течение первого месяца эпидемии были доставлены обратно в город Ухань в китайской провинции Хубэй, прогрессирующее увеличение числа случаев заболевания во всем мире в настоящее время обусловлено передачей в местных общинах. Следовательно, быстрые диагностические тесты для выявления присутствия SARS-CoV-2, несомненно, являются насущной потребностью общественного здравоохранения.

В предыдущих пандемиях и вспышках отсутствие быстрого, удобного и точного молекулярно-диагностического тестирования препятствовало реакции общественного здравоохранения на возникающие вирусные угрозы. Однако на этот раз мы можем взять верх, так как недавно разработанная CRISPR-технология представляет беспрецедентный шанс изменить эпидемиологический надзор.

«Основные пандемии и крупномасштабные эпидемии за последние полвека были вызваны зоонозными вирусами», объясняют авторы статьи Nature Biotechnology . «Срочно необходим диагностический метод, который можно легко адаптировать для обнаружения инфекции от новых вирусов», – добавляют они.

Сила генной инженерии

В этом новом исследовании группа авторов, связанных с Калифорнийским университетом в Сан-Франциско, Mammoth Biosciences Inc., UCSF-Abbott Virus Diagnostics and Discovery Centre и Департаментом общественного здравоохранения Калифорнии, сообщила о разработке быстрого, несложного и точный тест бокового потока на основе CRISPR-Cas12 для обнаружения SARS-CoV-2 в респираторных мазках.

В очень особом #MammothDigest мы суммируем нашу недавнюю статью @NatureBiotech, опубликованную в сотрудничестве с @ cychiu98 @UCSF: «Обнаружение SARS-CoV-2 на основе CRISPR-Cas12». #CRISPR #Diagnostics # COVID19 https://t.co/OLIhkbkBeP

– Mammoth Biosciences (@mammothbiosci) 16 апреля 2020 г.

С распространенным применением генной инженерии системы CRISPR-Cas были адаптированы для использования на людях. В настоящее время они адаптируются и совершенствуются в удивительном темпе, что позволяет точечно редактировать практически любую молекулу ДНК или РНК в организме. Следовательно, в 2016 году системы CRISPR-Cas впервые были использованы для обнаружения нуклеиновых кислот для молекулярной диагностики.

<img alt=" Новый коронавирус SARS-CoV-2. На этом сканирующем электронном микроскопе показано SARS-CoV-2 (круглые золотые объекты), появляющиеся с поверхности клеток, культивируемых в лаборатории. Предоставлено: NIAID-RML. SARS-CoV-2: это изображение сканирующего электронного микроскопа показывает SARS-CoV-2 (круглые золотые объекты), выходящие из поверхности клеток, культивируемых в лаборатории. SARS-CoV-2, также известный как 2019-nCoV, является вирусом, который вызывает COVID-19. Показанный вирус был выделен от пациента в США. Кредит: NIAID-RML "width =" 674 "/>

Новый коронавирус SARS-CoV-2. На этом сканирующем электронном микроскопе изображены SARS-CoV-2 (круглые золотые объекты), появляющиеся с поверхности клеток, культивируемых в лаборатории. SARS-CoV-2, также известный как 2019-nCoV, является вирусом, который вызывает COVID-19. Показанный вирус был выделен от пациента в США. Credit: NIAID-RML

Сегодня появилось множество успешных основанных на CRISPR-Cas подходов к обнаружению и диагностике различных инфекционных и неинфекционных заболеваний. Такое революционное редактирование CRISPR-Cas имеет тенденцию распространяться дальше в область молекулярной диагностики и заменяет современный золотой стандарт – полимеразную цепную реакцию или ПЦР – во многих приложениях.

Для разработки этого нового теста ученые объединили технологию CRISPR-Cas12 DETECTR с изотермическим усилением; Полученная точность была сопоставима с используемой в настоящее время количественной ПЦР с обратной транскрипцией (qRT – PCR) для выявления SARS-CoV-2. Тем не менее, он может использовать обычные протоколы и коммерчески доступные готовые реагенты без необходимости дорогостоящих лабораторных инструментов, требуемых для qRT-PCR.

Упомянутые выше методы изотермической амплификации особенно важны для подходов молекулярной диагностики в отдаленных районах и в лабораториях, где не хватает специально обученного персонала. Тем не менее, метод не без проблем, в основном связан с низким качеством клинического образца, когда чувствительность / специфичность теста могут быть скомпрометированы.

Более быстрая альтернатива, те же результаты

Диагностический подход для SARS-CoV-2, отстаиваемый в этом исследовании, был подтвержден с использованием клинических образцов от пациентов в Соединенных Штатах, а также надуманных эталонных образцов. Было 36 субъектов исследования с инфекцией COVID-19 и 42 субъекта с другими вирусными респираторными инфекциями. И опубликованные результаты обнадеживают.

«Наш анализ DETECTR на основе CRISPR обеспечивает визуальную и более быструю альтернативу американскому Центру по контролю и профилактике заболеваний SARS-CoV-2, анализ RT-PCR в реальном времени, с 95% положительным прогнозным соглашением и 100% отрицательным прогнозным соглашением ", авторы исследования очерчивают в статье.

Некоторые важные преимущества их подхода по сравнению с qRT – PCR включают изотермическую амплификацию сигнала (что устраняет необходимость в термоциклировании), быстрое время оборота, однонуклеотидную мишень (что повышает специфичность теста), интеграцию с удобными форматами отчетности, а также отсутствие потребность в сложной лабораторной инфраструктуре.

Преобразование в области молекулярной диагностики

Сообщенные случаи бессимптомной инфекции и последующей передачи у пациентов с COVID-19 значительно увеличивают число людей, которые должны быть обследованы. Кроме того, вирусные титры у госпитализированных пациентов могут колебаться изо дня в день (без какой-либо корреляции с серьезностью заболевания), в то время как один отрицательный тест qRT – PCR не исключает инфицирование SARS-CoV-2.

Испытания, такие как анализ DETECTR, о котором сообщалось в этом исследовании, могут повторять периодические испытания образцов пациентов. Вот почему клиническая проверка этого диагностического метода (в ответ на недавний проект руководства от Управления по контролю за продуктами и лекарствами США) продолжается в сертифицированных CLIA микробиологических лабораториях.

«Время, затраченное на разработку и проверку этого анализа SARS-CoV-2 DETECTR (которое для SARS-CoV-2 составляет менее двух недель), показывает, что эту технологию можно быстро мобилизовать для диагностики инфекций, возникающих в результате появления зоонозных вирусов», Авторы исследования утверждают в статье.

В заключение, будущая разработка переносных картриджей на основе микрофлюидной жидкости и лиофилизированных реагентов для проведения анализа может позволить проводить тестирование на месте оказания медицинской помощи за пределами клинической диагностической лаборатории, например, в клиниках, местных отделениях неотложной помощи, аэропортах и ​​других местах. , Диагностические инструменты на основе CRISPR могут значительно трансформировать область молекулярной диагностики, делая их доступными и доступными практически в любой точке мира.