Das Gerät kann auch verwendet werden, um bestimmte Virusmutationen nachzuweisen, die mit einigen der jetzt zirkulierenden SARS-CoV-2-Varianten verbunden sind. Dieses Ergebnis kann auch innerhalb einer Stunde erreicht werden, Dies macht es möglicherweise viel einfacher, verschiedene Varianten des Virus zu verfolgen, insbesondere in Regionen, die keinen Zugang zu genetischen Sequenzierungseinrichtungen haben.
Wir haben gezeigt, dass unsere Plattform so programmiert werden kann, dass sie neu entstehende Varianten erkennt, und dass wir es recht schnell wiederverwenden könnten. In dieser Studie, wir zielten auf Großbritannien, Südafrikanisch, und brasilianische Varianten, Sie könnten die Diagnoseplattform jedoch problemlos an die Delta-Variante und andere aufkommende Varianten anpassen."
James Collins, der Termeer Professor of Medical Engineering and Science am Institute for Medical Engineering and Science (IMES) und Department of Biological Engineering des MIT
Die neue Diagnostik, die auf der CRISPR-Technologie beruht, kann für ca. 15 $ zusammengebaut werden, Diese Kosten könnten jedoch erheblich gesenkt werden, wenn die Geräte in großem Maßstab hergestellt würden, sagen die Forscher.
Collins ist leitender Autor der neuen Studie, die heute erscheint in Wissenschaftliche Fortschritte . Die Hauptautoren des Papiers sind Helena de Puig, Postdoc am Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard University; Rose Lee, Ausbilder für Pädiatrie am Boston Children's Hospital und Beth Israel Deaconess Medical Center und Gastwissenschaftler am Wyss Institute; Devora Najjar, ein Doktorand im Media Lab des MIT; und Xiao Tan, Clinical Fellow am Wyss Institute und Dozent für Gastroenterologie am Massachusetts General Hospital.
Die neue Diagnostik basiert auf SHERLOCK, ein CRISPR-basiertes Tool, über das Collins und andere erstmals 2017 berichteten. Zu den Komponenten des Systems gehören ein RNA-Leitstrang, der den Nachweis spezifischer Ziel-RNA-Sequenzen ermöglicht, und Cas-Enzyme, die diese Sequenzen spalten und ein Fluoreszenzsignal erzeugen. Alle diese molekularen Komponenten können zur Langzeitlagerung gefriergetrocknet und bei Kontakt mit Wasser reaktiviert werden.
Letztes Jahr, Collins' Labor begann mit der Anpassung dieser Technologie zum Nachweis des SARS-CoV-2-Virus. in der Hoffnung, dass sie ein Diagnosegerät entwickeln könnten, das schnelle Ergebnisse liefert und mit wenig oder gar keinem Fachwissen bedient werden kann. Sie wollten auch, dass es mit Speichelproben funktioniert, macht es den Benutzern noch einfacher.
Um das zu erreichen, die Forscher mussten einen kritischen Vorverarbeitungsschritt einbauen, der Enzyme, die als Speichelnukleasen bezeichnet werden, deaktiviert. die Nukleinsäuren wie RNA zerstören. Sobald die Probe in das Gerät gelangt, die Nukleasen werden durch Hitze und zwei chemische Reagenzien inaktiviert. Dann, virale RNA wird extrahiert und konzentriert, indem der Speichel durch eine Membran geleitet wird.
„Diese Membran war der Schlüssel zum Sammeln und Konzentrieren der Nukleinsäuren, damit wir die Sensitivität erreichen, die wir mit dieser Diagnostik zeigen. ", sagt Lee.
Diese RNA-Probe wird dann gefriergetrockneten CRISPR/Cas-Komponenten ausgesetzt, die durch automatisiertes Durchstechen von versiegelten Wasserpaketen im Gerät aktiviert werden. Die Eintopfreaktion amplifiziert die RNA-Probe und weist dann die Ziel-RNA-Sequenz nach, Falls vorhanden.
„Unser Ziel war es, eine vollständig in sich geschlossene Diagnostik zu entwickeln, die keine weitere Ausrüstung benötigt. " sagt Tan. "Im Wesentlichen spuckt der Patient in dieses Gerät, und dann drückt man einen Kolben herunter und bekommt eine Stunde später eine Antwort."
Die Forscher entwickelten das Gerät, die sie minimal instrumentiertes SHERLOCK (miSHERLOCK) nennen, so dass es bis zu vier Module haben kann, die jeweils nach einer anderen Ziel-RNA-Sequenz suchen. Das Originalmodul enthält RNA-Leitstränge, die jeden SARS-CoV-2-Stamm erkennen. Andere Module sind spezifisch für Mutationen, die mit einigen der im letzten Jahr aufgetretenen Varianten verbunden sind. einschließlich B.1.1.7, S.1, und B.1.351.
Als die Forscher diese Studie durchführten, war die Delta-Variante noch nicht weit verbreitet, aber weil das System bereits gebaut ist, Sie sagen, es sollte einfach sein, ein neues Modul zu entwerfen, um diese Variante zu erkennen. Das System könnte auch leicht so programmiert werden, dass es auf neue Mutationen überwacht, die das Virus ansteckender machen könnten.
"Wenn Sie mehr von einer breiten epidemiologischen Untersuchung machen wollen, Sie können Assays entwerfen, bevor eine besorgniserregende Mutation in einer Population auftritt, um potenziell gefährliche Mutationen im Spike-Protein zu überwachen, “, sagt Najjar.
Die Forscher testeten ihr Gerät zunächst mit menschlichem Speichel, der mit synthetischen SARS-CoV-2-RNA-Sequenzen versetzt war. und dann mit etwa 50 Proben von Patienten, die positiv auf das Virus getestet worden waren. Sie fanden heraus, dass das Gerät genauso genau war wie die jetzt verwendeten Goldstandard-PCR-Tests. die Nasenabstriche erfordern und mehr Zeit und erheblich mehr Hardware und Probenhandhabung benötigen, um Ergebnisse zu erzielen.
Das Gerät erzeugt eine fluoreszierende Anzeige, die mit bloßem Auge zu sehen ist, und die Forscher entwarfen auch eine Smartphone-App, die die Ergebnisse lesen und zur einfacheren Nachverfolgung an die Gesundheitsbehörden senden kann.
Die Forscher glauben, dass ihr Gerät zu niedrigen Kosten von 2 bis 3 US-Dollar pro Gerät hergestellt werden könnte. Wenn von der FDA zugelassen und in großem Maßstab hergestellt, Sie stellen sich vor, dass diese Art der Diagnose entweder für Personen nützlich sein könnte, die zu Hause testen möchten, oder in Gesundheitszentren in Gebieten ohne weit verbreiteten Zugang zu PCR-Tests oder genetischer Sequenzierung von SARS-CoV-2-Varianten.
„Die Fähigkeit, diese Varianten zu erkennen und zu verfolgen, ist für eine wirksame öffentliche Gesundheit unerlässlich. aber leider, Varianten werden derzeit nur durch Nukleinsäure-Sequenzierung an spezialisierten epidemiologischen Zentren diagnostiziert, die selbst in ressourcenreichen Ländern knapp sind, “ sagt de Puig.
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