«Это метод обнаружения вирусов и наблюдения, который не требует дорогостоящей инфраструктуры, как другие подходы», – говорит Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, соавтор-корреспондент и профессор Лаборатории экспрессии генов Солка. «С помощью одного портативного теста мы можем выполнить то же самое, что другие используют два или три разных теста на разных машинах."
Во всем мире более 100 миллионов человек инфицированы SARS-CoV-2, вирусом, вызывающим COVID-19.
На сегодняшний день от COVID-19 умерло 500000 американцев. Тестирование населения – ключ к остановке распространения вируса. Кроме того, крайне важно отслеживать распространение новых вариантов SARS-CoV-2, некоторые из которых могут по-разному реагировать на лечение или вакцины.
Сегодня стандартный подход к определению того, является ли мазок из носа положительным на COVID-19, заключается в проведении теста полимеразной цепной реакции (ПЦР) для обнаружения генетического материала вируса SARS-CoV-2.
Однако если образец отрицательный, пациенты и врачи не получают никакой информации о том, что может вызывать симптомы, подобные коронавирусу, – если только они не проведут отдельные тесты ПЦР с использованием разных образцов мазков для других вирусов. И если образец положительный на SARS-CoV-2, они не узнают, каким вариантом COVID-19 инфицирован пациент, если не будет проведен другой набор тестов; для них требуется большая и дорогая машина для секвенирования генов нового поколения.
Прошлым летом Мо Ли, доцент кафедры биологических наук в Университете науки и технологий имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии, размышлял о том, как он мог бы поделиться своим опытом в области генной инженерии и секвенирования нанопор для борьбы с пандемией COVID-19.
Ли, который ранее проработал шесть лет в качестве постдокторского исследователя Солка в лаборатории Изписуа Бельмонте, задавался вопросом, может ли метод обнаружения генов, называемый изотермической рекомбиназной полимеразной амплификацией (RPA), в сочетании с секвенированием нанопор в реальном времени, быть более полезным – и быстрее, дешевле. и более портативный – чем нынешний подход к тестированию на COVID-19. Он объединился с Изписуа Бельмонте, чтобы узнать.
В отличие от ПЦР, который циклически проходит через более низкие и высокие температуры для разделения цепей ДНК и их копирования, RPA использует белки, а не изменения температуры, чтобы выполнить то же самое всего за 20 минут. Эта технология позволяет исследователям копировать более длинные участки ДНК и одновременно исследовать несколько генов.
«Мы быстро поняли, что можем использовать этот метод не только для обнаружения SARS-CoV-2, но и других вирусов одновременно», – говорит Ли.
В новой статье Ли и Изписуа Бельмонте описывают небольшое портативное устройство, которое может одновременно проверять 96 образцов с помощью анализа RPA.
Они называют метод NIRVANA для «нанопор-секвенирования изотермической быстрой вирусной амплификации для анализа, близкого к реальному времени."
Ученые разработали NIRVANA для одновременного тестирования образцов на COVID-19, грипп A, аденовирус человека и коронавирус человека, не относящийся к SARS-CoV-2.
Исследователи сообщают, что всего за 15 минут устройство начинает сообщать как положительные, так и отрицательные результаты. И в течение трех часов устройство завершает результаты по всем 96 образцам, включая последовательности пяти областей SARS-CoV-2, которые особенно склонны к накоплению мутаций, ведущих к новым вариантам, таким как B.1.1.7 вариантов выявлено в Великобритании.
Ли и Изписуа Бельмонте протестировали NIRVANA на 10 образцах с положительным результатом на SARS-CoV-2, 60 образцах с неизвестным статусом SARS-CoV-2, а также на образцах городских сточных вод, содержащих вирус SARS-COV-2 и другие.
Во всех случаях анализ мог правильно определить, какие вирусы присутствовали. Данные секвенирования также позволили им сузить происхождение SARS-CoV-2 в положительных образцах; дифференцируя штаммы из Китая и Европы, например.
«Дизайн этого анализа действительно гибкий, поэтому он не ограничивается только примерами, которые мы показали», – говорит Ли. "Мы можем легко адаптировать его для борьбы с другим патогеном, даже с чем-то новым и возникающим."
Исследователи говорят, что благодаря небольшому размеру и портативности рабочего процесса NIRVANA его можно использовать для быстрого обнаружения вирусов в школах, аэропортах или портах.
Его также можно использовать для мониторинга сточных вод или водотоков на предмет наличия новых вирусов.
"Пандемия преподала два важных урока: во-первых, проводите широкое и быстрое тестирование, а во-вторых, знайте свои варианты.
Наш метод NIRVANA обеспечивает многообещающее решение этих двух проблем не только для текущей пандемии, но и для возможных будущих », – говорит Изписуа Бельмонте, возглавляющий кафедру Roger Guillemin в Salk. По словам Бельмонте, потребуется анализ рынка, чтобы определить, стоят ли начальные затраты на коммерциализацию – и постоянные корректировки теста, необходимые для того, чтобы убедиться, что он обнаруживает новые варианты или новые представляющие интерес вирусы.
Помимо Изписуа Бельмонте и Ли, другими авторами исследования были Консепсьон Родригес Эстебан из Солка; Чонгвей Би, Герарго Рамос-Мандуджано, Шарис Хала, Джинна Сюй, Сара Мфарредж, Йетенг Тиан и Арнаб Пейн из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (КАУСТ); Эстрелла Нуньес Деликадо из Католического университета Сан-Антонио-де-Мерсия UCAM; Фадва Алофи из больницы короля Фахда; Асим Хогеер из Министерства здравоохранения Саудовской Аравии; Анвар Хашем из Университета короля Абдель Азиза; и Наиф Альмонташири из Университета Тайбы.
Работа, описанная в данной статье, была поддержана конкурсным исследовательским грантом Университета науки и технологий имени короля Абдаллы.