Группа ученых из Университета Коннектикута, США, разработала недорогую технологию «лаборатория на бумаге» для быстрого и легкого выявления инфекции, вызванной тяжелым острым респираторным синдромом, вызванным коронавирусом 2 (SARS-CoV-2). Работа недавно была опубликована в журнале Lab on a Chip Королевского химического общества

.

Справочная информация

Коронавирус 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2), возбудитель пандемии коронавирусного заболевания 2019 (COVID-19), представляет собой оболочечный РНК-вирус семейства бета-коронавирусов человека. SARS-CoV-2, являясь респираторным вирусом, в первую очередь поражает верхние дыхательные пути и постепенно распространяется в нижние дыхательные пути, вызывая легкую или тяжелую инфекцию.

Амплификация вирусной РНК в респираторных образцах на основе обратной транскрипционной полимеразной цепной реакции (ОТ-ПЦР) считается методом золотого стандарта для диагностики COVID-19. Однако, несмотря на высокую точность, ОТ-ПЦР не всегда удобна для массового выявления инфекции SARS-CoV-2 на уровне сообщества из-за большого времени обработки. Напротив, несмотря на более короткое время обработки, быстрое тестирование на антигены в значительной степени страдает более низким уровнем точности. Таким образом, для лучшего управления пандемией COVID-19 необходимо разработать быстрые и высокоточные диагностические технологии, которые можно использовать для крупномасштабного выявления инфекции SARS-CoV-2.

Лабораторная технология на бумаге

В текущем исследовании ученые разработали автономное лабораторное устройство на бумаге для множественного обнаружения генов SARS-CoV-2. Метод, который сочетает в себе амплификацию полимеразы рекомбиназы с обратной транскрипцией (RT-RPA) и обнаружение CRISPR-Cas12a, может одновременно обнаруживать нуклеопротеиновые и спайковые гены SARS-CoV-2 в одном образце респираторного мазка. В качестве внутреннего контроля устройство использует ген домашней РНКазы P.

Что касается потенциальных преимуществ, устройство способно обнаруживать 10 ² копий вирусной РНК в течение одного часа. Поскольку вместо одного гена одновременно обнаруживаются два вирусных гена, ожидается, что устройство предоставит информацию с высокой точностью. Более того, благодаря простоте и легкости в эксплуатации, тестирование с помощью устройства может проводить любой медицинский работник, что делает его пригодным для крупномасштабного выявления инфекции SARS-CoV-2 на уровне сообщества.

Порядок работы

Чтобы определить производительность устройства, ученые собрали 21 образец мазка из носа у пациентов. Используя коммерчески доступные наборы, они обработали эти образцы для выделения и очистки нуклеиновых кислот. После этого они перенесли препараты нуклеиновых кислот на бумажную мембрану на основе целлюлозы, используемую в устройстве для обнаружения инфекции SARS-CoV-2. Результаты, полученные с помощью устройства, были сопоставимы с результатами, полученными при обычном тестировании RT-PCR.

Технология CRISPR, используемая в устройстве, представляет собой высокочувствительную и специфическую технологию редактирования генов, которая может изменять геном организма путем нацеливания и разрезания определенных сегментов нуклеиновых кислот, таких как сегменты ДНК или РНК.

В методе «лаборатория на бумаге» CRISPR сначала определяет местонахождение нуклеопротеинов и генов-шипов SARS-CoV-2, а затем их разрезает. Из-за разреза на бумаге устройства появляется флуоресцентный сигнал, свидетельствующий о положительном результате теста. Кроме того, устройство обнаруживает ген домашней РНКазы P человека, чтобы проверить качество образца и надежность результата.

Возможные преимущества

Специальная бумажная мембрана на основе целлюлозы, используемая в устройстве, является гидрофильной по своей природе. Благодаря этому свойству бумага может транспортировать образцы, содержащие нуклеиновые кислоты. Это очень выгодно, так как тест может выполняться автоматически после загрузки образца. Более того, из-за определенных специфических составов бумага не мешает биохимической реакции, необходимой CRISPR для обнаружения и отсечения вирусных генов. Это дополнительно снижает риск получения ложноотрицательных / положительных результатов.

Путем выбора конкретных представляющих интерес генов устройство можно использовать для обнаружения различных других патогенов, включая вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вирус папилломы человека (ВПЧ) или вирус гриппа.

Ученые уже подали заявку на предварительный патент на изобретение через Службу коммерциализации технологий Университета Коннектикута. В настоящее время они ищут промышленного партнера для коммерциализации устройства и расширения его использования.