เครื่องมือแก้ไข RNA เป็นการทดสอบที่รวดเร็วและละเอียดอ่อนสำหรับ COVID-19

ผู้ทำงานร่วมกันที่มหาวิทยาลัยไรซ์และมหาวิทยาลัยคอนเนตทิคัตได้ออกแบบเพิ่มเติมระบบ CRISPR-Cas13 ที่แก้ไข RNA เพื่อเพิ่มพลังในการตรวจจับไวรัส SARS-CoV-2 จำนวนเล็กน้อยในตัวอย่างทางชีวภาพโดยไม่ต้องใช้การสกัด RNA ที่ใช้เวลานานและขั้นตอนการขยายที่จำเป็นใน การทดสอบ PCR มาตรฐานทองคำ แพลตฟอร์มใหม่นี้ประสบความสำเร็จอย่างสูงเมื่อเทียบกับ PCR โดยพบผลบวก 10 จาก 11 รายการ และไม่มีผลบวกปลอมสำหรับไวรัสในการทดสอบกับตัวอย่างทางคลินิกโดยตรงจากไม้กวาดจมูก นักวิจัยแสดงเทคนิคของพวกเขาในการค้นหาสัญญาณของ SARS-CoV-2 ในความเข้มข้นของอะตอมโมลาร์ (10 -18 ) การศึกษาที่นำโดยวิศวกรเคมีและชีวโมเลกุล Xue Sherry Gao จาก George R. Brown School of Engineering ของ Rice และนักวิจัยหลังปริญญาเอก Jie Yang จาก Rice และ Yang Song จาก Connecticut ปรากฏใน Nature Chemical Biology Cas13 เช่นเดียวกับลูกพี่ลูกน้องที่รู้จักกันดี Cas9 เป็นส่วนหนึ่งของระบบที่แบคทีเรียป้องกันตัวเองจากการบุกรุกของเฟส นับตั้งแต่การค้นพบ CRISPR-Cas9 ได้รับการดัดแปลงโดยนักวิทยาศาสตร์เพื่อแก้ไขจีโนม DNA ของสิ่งมีชีวิต และแสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาที่ดีในการรักษาและแม้แต่รักษาโรค และนำไปใช้ในทางอื่นได้ Cas13 ในตัวมันเองสามารถปรับปรุงได้ด้วยตัวนำ RNA เพื่อค้นหาและตัดลำดับ RNA เป้าหมาย แต่ยังเพื่อค้นหา "หลักประกัน" ในกรณีนี้ การปรากฏตัวของไวรัส เช่น SARS-CoV-2 Gao กล่าวว่า "โปรตีน Cas13 ที่ได้รับการออกแบบในงานนี้สามารถปรับเปลี่ยนให้เข้ากับแพลตฟอร์มอื่น ๆ ที่กำหนดไว้ก่อนหน้านี้ได้อย่างง่ายดาย "ความเสถียรและความทนทานของตัวแปร Cas13 ที่ได้รับการออกแบบทำให้เหมาะสำหรับการวินิจฉัย ณ จุดดูแลในพื้นที่การตั้งค่าทรัพยากรต่ำเมื่อไม่มีเครื่อง PCR ราคาแพง" Yang กล่าวว่า Cas13 ชนิดป่าซึ่งดึงมาจากแบคทีเรีย Leptotrichia wadei ไม่สามารถตรวจจับระดับ attomolar ของ RNA ของไวรัสได้ภายในกรอบเวลา 30 ถึง 60 นาที แต่รุ่นปรับปรุงที่สร้างขึ้นที่ Rice จะทำงานภายในเวลาประมาณครึ่งชั่วโมงและตรวจจับโรคซาร์สได้ -CoV-2 ในความเข้มข้นที่ต่ำกว่าการทดสอบครั้งก่อนมาก เธอบอกว่ากุญแจคือห่วงกิ๊บที่ซ่อนไว้อย่างดีและยืดหยุ่นได้ใกล้กับไซต์ที่ใช้งานของ Cas13 Yang กล่าวว่า "มันอยู่ตรงกลางของโปรตีนใกล้กับไซต์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่กำหนดกิจกรรมของ Cas13 "เนื่องจาก Cas13 มีขนาดใหญ่และไดนามิก การค้นหาไซต์เพื่อแทรกโดเมนที่ใช้งานได้อื่นจึงเป็นเรื่องยาก" นักวิจัยได้ผสมโดเมนการจับ RNA ที่แตกต่างกัน 7 วิศวกร โดเมนเข้ากับลูป และคอมเพล็กซ์ 2 รายการนั้นเหนือกว่าอย่างชัดเจน เมื่อพวกเขาพบเป้าหมาย โปรตีนจะเรืองแสงเผยให้เห็นถึงการมีอยู่ของไวรัส "เราเห็นกิจกรรมที่เพิ่มขึ้นเป็นห้าหรือหกเท่าของ Cas13 ชนิดป่า" Yang กล่าว "ตัวเลขนี้ดูเหมือนน้อย แต่ก็น่าทึ่งมากด้วยวิศวกรรมโปรตีนเพียงขั้นตอนเดียว "แต่นั่นยังไม่เพียงพอสำหรับการตรวจจับ ดังนั้นเราจึงย้ายการทดสอบทั้งหมดจากเครื่องอ่านแผ่นเรืองแสงซึ่งมีขนาดค่อนข้างใหญ่และไม่สามารถใช้ได้ในการตั้งค่าทรัพยากรต่ำ ไปยังเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีซึ่งมีความไวสูงกว่าและสามารถใช้สำหรับจุดได้ การวินิจฉัยจากการดูแล” เธอกล่าว ด้วยเซ็นเซอร์ที่มีอยู่แล้ว Yang กล่าวว่าโปรตีนที่ได้รับการออกแบบมานั้นมีความไวมากกว่า 5 ลำดับในการตรวจจับไวรัสเมื่อเทียบกับโปรตีนจากป่า ห้องปฏิบัติการต้องการปรับเทคโนโลยีให้เข้ากับแถบกระดาษเหมือนกับการทดสอบแอนติบอดี COVID-19 ที่บ้าน แต่มีความไวและความแม่นยำสูงกว่ามาก "เราหวังว่าจะทำให้การทดสอบสะดวกขึ้นและมีค่าใช้จ่ายที่ต่ำลงสำหรับหลาย ๆ เป้าหมาย" Gao กล่าว นักวิจัยกำลังตรวจสอบการตรวจหาไวรัส Zika, ไข้เลือดออกและอีโบลาที่ดีขึ้นและตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่คาดการณ์ได้สำหรับโรคหัวใจและหลอดเลือด การทำงานของพวกเขาอาจนำไปสู่การวินิจฉัยความรุนแรงของ COVID-19 ได้อย่างรวดเร็ว "ไวรัสแต่ละชนิดมีลำดับที่ต่างกัน" Yang กล่าว "เราสามารถออกแบบ RNA คู่มือเพื่อกำหนดเป้าหมายลำดับเฉพาะที่เราสามารถตรวจจับได้ ซึ่งเป็นพลังของระบบ CRISPR-Cas13" แต่เนื่องจากโครงการเริ่มต้นขึ้นในขณะที่เกิดโรคระบาด SARS-CoV-2 จึงเป็นจุดสนใจโดยธรรมชาติ "เทคโนโลยีนี้ค่อนข้างตอบสนองต่อทุกเป้าหมาย" เธอกล่าว "นี่ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีมากในการตรวจจับการกลายพันธุ์ทุกชนิดหรือไวรัสโคโรนาชนิดต่างๆ" "เรารู้สึกตื่นเต้นมากกับงานนี้ ซึ่งเป็นความพยายามร่วมกันของชีววิทยาโครงสร้าง วิศวกรรมโปรตีน และการพัฒนาอุปกรณ์ชีวการแพทย์" Gao กล่าวเสริม "ฉันซาบซึ้งในความพยายามทั้งหมดจากสมาชิกในห้องปฏิบัติการและผู้ทำงานร่วมกัน"