新CRISPR-based测试COVID-19使用智能手机相机

想象抽汲鼻孔,擦洗装置,并得到一个读出你的电话在15到30分钟,告诉你如果你感染了COVID-19病毒。这是视觉上的一组科学家在格莱斯顿学院,加州大学伯克利分校(加州大学伯克利分校)和加州大学旧金山分校(UCSF)。现在,他们报告一个科学的突破,让他们离使这一设想成为现实。

打击COVID-19大流行的一个主要障碍,充分开放社区全国大规模快速的可用性测试。感染者将提供有价值的见解了解病毒的潜在传播和威胁为决策者和民众。

然而,人们必须经常几天等待他们的结果,甚至更长时间,当有积压处理实验室测试。情况恶化的事实,大多数感染者有轻微或无症状,但仍携带和传播病毒。

在一项新的研究发表在《科学》杂志上细胞从格莱斯顿,团队,加州大学伯克利分校,加州大学旧金山分校概述了COVID-19 CRISPR-based测试技术,使用智能手机相机可以在30分钟内提供准确的结果。

“这是科学界面临的一项重要而紧迫的任务,不仅增加测试,而且还提供新的测试选项,“媚兰奥特说,医学博士,主任格拉德斯通病毒学研究所和这项研究的领导人之一。“化验我们开发了可以提供快速、低成本的测试来帮助控制COVID-19的传播。”

技术设计与加州大学伯克利分校生物工程师丹尼尔·弗莱彻博士以及Jennifer Doudna博士,格莱斯顿的高级研究员,加州大学伯克利分校教授创新基因组学研究所所长,霍华德•休斯医学研究所的研究员。Doudna最近获得了2020年诺贝尔化学奖co-discovering CRISPR-Cas基因组编辑、技术,而这些技术是这项工作的基础。

他们的新诊断测试不仅能产生积极或消极的结果,还测量了病毒载量(或SARS-CoV-2的浓度,导致COVID-19)的病毒在一个给定的样本。

“当加上重复测试,测量病毒载量可以帮助确定是否增加或减少感染,”弗莱彻说,他也是一个陈扎克伯格Biohub调查员。”监控病人的感染过程中可以帮助卫生保健专业人士估计阶段的感染和预测,在真正的时间,可能需要多长时间恢复。”

一个简单的测试通过直接检测

当前COVID-19测试使用一种称为量化PCR-the黄金标准的测试。然而,使用这种技术的一个问题测试SARS-CoV-2是它需要DNA。冠状病毒是一种RNA病毒,这意味着使用PCR方法,首先必须转换为DNA病毒RNA。此外,这种方法依赖于一个两步化学反应,包括一个放大的步骤提供足够的DNA检测。当前的测试通常需要训练有素的用户,专业的试剂,而笨重的实验室设备,它严重限制,测试可以发生并导致延迟接收结果。

作为替代PCR,科学家正在开发测试策略基于CRISPR基因编辑技术,特别擅长识别遗传物质。

迄今所有CRISPR诊断要求病毒RNA被转换成DNA和放大,才能检测到,添加时间和复杂性。相比之下,在最近的研究中描述的新方法跳过所有转换和放大的步骤,使用CRISPR直接检测病毒RNA。

“我们兴奋CRISPR-based诊断的一个原因是潜在的快速、准确的结果的需要,“Doudna说。“这是特别有用的地方访问有限的测试,或者当频繁,快速测试是必要的。它可以消除许多瓶颈与COVID-19我们见过。”

Parinaz Fozouni,加州大学旧金山分校的研究生在奥特格列士敦的实验室一直致力于艾滋病毒的RNA检测系统在过去的几年里。但在2020年1月,当它变得明显,冠状病毒是全球成为一个更大的问题,测试是一个潜在的陷阱,她和她的同事们决定把注意力COVID-19。

“我们知道我们发展将是一个逻辑的分析适合帮助危机通过允许快速测试用最少的资源,“Fozouni说谁是co-first该论文的作者之一,随着Sungmin儿子和玛丽亚·迪亚兹德莱昂Derby从弗莱彻在加州大学伯克利分校的团队。”而不是众所周知的CRISPR叫做Cas9的蛋白质,识别和劈开DNA,我们使用Cas13,劈开RNA。”

新的测试,Cas13蛋白结合时切成了荧光报道分子,然后和一个病人从鼻拭子样本。样品放置在一个设备,连接到智能手机。如果样品含有RNA从SARS-CoV-2 Cas13将被激活,并将使记者分子,导致荧光的发射信号。然后,智能手机相机,转化为一个显微镜,可以检测的荧光和报告拭子检测病毒。

“真正使这个测试的独特之处在于它使用一步反应直接测试病毒RNA,与传统PCR测试两步的过程,”奥特说,世卫组织还在加州大学旧金山分校的医学教授。“简单的化学,搭配智能手机相机,减少检测时间和不需要复杂的实验室设备。它还允许测试产量定量测量而不是简单的一个正面或负面的结果。”

研究人员还说,他们的实验可能会适应各种各样的手机,使技术方便。

“我们选择使用手机作为我们的检测设备的基础,因为他们有直观的用户界面和高度敏感的相机,我们可以用它来检测荧光,”弗莱彻说。“手机也大量生产的和具有成本效益的,证明专业实验室仪器不是必要的化验。”

准确和快速的结果限制大流行

当科学家们测试他们的设备使用患者样本,他们证实,它可以提供一个快速周转时间样品的测试结果与临床相关的病毒载量。事实上,设备准确地探测到一组阳性样品在5分钟。与低病毒载量,样品所需的设备30分钟区别于负面测试。

“最近SARS-CoV-2模型表明,频繁的测试和快速周转时间是我们需要克服当前流感大流行,”奥特说。“我们希望通过增加测试,我们可以避免锁定和保护最脆弱的人群。”

不仅新CRISPR-based测试提供了一个有前途的选择快速测试,但通过使用智能手机,避免需要笨重的实验室设备,它有可能成为便携式最终可用医疗点甚至家庭使用。它也可以扩大诊断SARS-CoV-2之外的其他呼吸道病毒。

此外,智能手机相机的高灵敏度,连同他们的连通性、GPS、和数据处理能力,使他们有吸引力的资源缺乏地区的工具来诊断疾病。

“我们希望我们的测试开发成一种设备,可以立即上传结果到云计算系统,同时保持病人隐私,这将是重要的接触者追踪和流行病学研究,”奥特说。分享服务”这种类型的诊断测试可以起到至关重要的作用在控制当前和未来的大流行。”

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