جدول المحتويات:
- كيف يعمل الاختبار؟
- يكتشف الاختبار جينات E (المغلف) و N (البروتين النووي) على SARS-CoV-2. لماذا اخترت استهداف هؤلاء؟
- أين يتناسب هذا الاختبار مع المشهد الحالي للاختبارات القائمة على فيروس كورونا والاختبارات القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل على وجه الخصوص؟
- هل تعتقد أن الاختبار المستند إلى CRISPR سيحل محل اختبارات PCR؟
- نهجك لديه معدل حساسية 95 بالمائة. هل هذا جيد بما يكفي للاختبار الشامل؟
- يمكن أن توفر بعض الاختبارات القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل نتائج في أقل من 15 دقيقة. يستغرق هذا الاختبار حوالي 40 دقيقة. هل يمكنك جعله أسرع؟
- هل هو اختبار غير مكلف؟
- ما هي المشكلات الفنية المرتبطة بتوسيع نطاق الاختبار؟
- هل توجد أماكن أخرى تستخدم تقنية كريسبر لاختبار الأمراض المعدية؟
- ما هي التطبيقات المحتملة لاستخدام هذا الاختبار على الفيروسات الناشئة في المستقبل؟
فيديو: قد يساعد تعديل الجينات بتقنية CRISPR في زيادة اختبار فيروس كورونا
2023 مؤلف: Peter Bradberry | [email protected]. آخر تعديل: 2023-05-21 22:31
يمكن أن يوفر الفحص غير المكلف المستند إلى التقنية إجابات بنعم أو لا إجابات في أقل من ساعة - ربما حتى في المنزل قريبًا.
يعد الاختبار أحد أكثر العقبات شاقة للتغلب عليها قبل أن يتمكن الآلاف من تعبئة الشواطئ وملاعب البيسبول مرة أخرى. تقدم تقنية تحرير الجينات التي نالت استحسانا كبيرا كريسبر الآن محاولة للمساعدة في سد الثغرات في أنظمة الاختبار. نشر الباحثون الأسبوع الماضي دراسة في مجلة Nature Biotechnology تصف فيها اختبارًا جديدًا لفيروس كورونا الجديد الذي يسبب COVID-19 الذي يستخدم هذه التقنية لتقديم النتائج في حوالي 40 دقيقة. بدأ العمل عندما كان المؤلف المشارك للدراسة تشارلز تشيو ، طبيب الأمراض المعدية في جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو ، يبحث في اختبار مرض لايم القائم على تقنية كريسبر في وقت سابق من هذا العام. ثم بدأ SARS-CoV-2 رحلته المصيرية حول العالم ، وسرعان ما حول البحث في مختبره.
لتطوير المسبار ، قام تشيو وزملاؤه في يو. تعاونت مع الباحثين في Mammoth Biosciences ، التي شاركت في تأسيسها عالمة الكيمياء الحيوية ومكتشفة CRISPR المشاركة جنيفر دودنا. يستخدم الاختبار كواشف مختلفة عن تلك الموجودة في SARS-CoV-2 القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل والتي يتم استخدامها حاليًا ، مما يوفر بديلاً محتملاً حيث يوجد نقص في المواد الكيميائية اللازمة لإجراء الاختبارات الأخيرة. ومع ذلك ، فإن أحد العوائق هو أن حساسية النهج الجديد ، أو قدرته على تقديم نتائج إيجابية بشكل صحيح ، أقل قليلاً من تلك الموجودة في الاختبارات الحالية. يقول تشيو إن الأمر سيستغرق حوالي أسبوعين لتطوير اختبار كريسبر لاستخدام المختبر السريري - وأن نسخة نقطة الرعاية يمكن أن تكون جاهزة في أقل من شهرين إلى ثلاثة أشهر. تحدثت Scientific American معه عن هذه التقنية.
[فيما يلي نسخة منقحة من المقابلة.].
كيف يعمل الاختبار؟
كريسبر هي تقنية تسمح لك باستهداف أي جين معين ، ويمكنك التفكير في الأمر على أنه مقص جزيئي تقريبًا. يمكنه تحديد الجين بسرعة وبدقة شديدة ، أو بشكل أساسي جزء من تسلسل الحمض النووي ، المقابل للفيروس. هذا هو السبب في أنه يُنظر إليه عمومًا على أنه أداة لتعديل الجينات. لكن نفس التقنية التي تسمح لنا بتعديل الجينات تسمح لك أيضًا باكتشافها. في هذه الحالة ، نستهدف جينات SARS-CoV-2. نستخدم بروتين يسمى CRISPR-Cas12. إذا وجد الهدف الصحيح ، فإنه يقطع هذا الهدف. ومن خلال القيام بذلك ، فإنه يطلق إشارة.
يكتشف الاختبار جينات E (المغلف) و N (البروتين النووي) على SARS-CoV-2. لماذا اخترت استهداف هؤلاء؟
هناك عدة أسباب. على وجه الخصوص ، فإن الجين N هو الجين الأكثر ظهورًا في العدوى الفيروسية. بعبارة أخرى ، إنها الأكثر شيوعًا ، لذا فهي أسهل من حيث اكتشافها. السبب الثاني هو أن الجين N هو بشكل فعال نفس الهدف الذي تستهدفه مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها في اختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل. وكان هذا أول اختبار أجرته إدارة الغذاء والدواء للحصول على إذن استخدام في حالات الطوارئ (EUA) ، لذلك نحن ببساطة نستفيد من حقيقة أن هناك بالفعل اختبارًا يستهدف هذا الجين ، والذي تم التعبير عنه بشكل كبير. اخترنا الجين E لأنه أحد الأهداف التي تستخدمها منظمة الصحة العالمية. لم يكن هدفنا إعادة اختراع العجلة ، بل استخدام نفس الأهداف التي ثبت بالفعل فعاليتها في اكتشاف SARS-CoV-2.
.
أين يتناسب هذا الاختبار مع المشهد الحالي للاختبارات القائمة على فيروس كورونا والاختبارات القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل على وجه الخصوص؟
نحن لسنا قريبين من نطاق الاختبار الذي نحتاجه حقًا من أجل أن نكون واثقين من أنه يمكننا الظهور والعودة إلى العمل. على الرغم من وجود العديد من اختبارات تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) المختلفة ، فلا تزال هناك حاجة إلى زيادة حجم وسرعة الاختبار بشكل كبير. وكل اختبار يعتمد على تفاعل البوليميراز المتسلسل يستخدم مجموعة مشتركة من الكواشف ، ونتيجة لذلك ، يخضع لنقص في توافرها. يستخدم الفحص الذي أجريناه إنزيمات وكواشف مختلفة عن جميع الاختبارات الأخرى تقريبًا ، لذا فهو بديل يمكنه بالفعل زيادة الاختبار. نحتاج أيضًا إلى تقنية تسمح لنا بإجراء الاختبارات في أماكن الرعاية: في غرفة الطوارئ أو في مكتب الطبيب أو حتى في المنزل. توفر تقنية كريسبر مسارًا يمكننا من خلاله القيام بذلك في النهاية. لا يتطلب أجهزة ضخمة. والكواشف نفسها رخيصة جدا.
هل تعتقد أن الاختبار المستند إلى CRISPR سيحل محل اختبارات PCR؟
انا لا. إنه أقل حساسية قليلاً من اختبارات PCR المتوفرة الآن بشكل شائع. لا يزال أمام تقنية كريسبر طريق طويل لنقطعه قبل أن نتمكن من تحقيق حساسية مماثلة - على الرغم من أنه من حيث المبدأ ، لا يوجد سبب نظري لعدم قدرتنا على ذلك. لكنني أعتقد أنه عندما يحين الوقت ، ويتم اعتماده وتحسينه على نطاق واسع ، يكون ذلك ممكنًا بالتأكيد ، لأن الاختبارات المستندة إلى CRISPR تكون أسرع وربما أرخص. وفي هذا الاختبار بالذات ، قد نتمكن من تجاوز خطوة الاستخراج لتحويل عينة إلى RNA أو DNA. لذلك هناك احتمال أن يكون قادرًا على استبدال الاختبارات التقليدية. لكنها لا تزال تقنية جديدة ، ولا أعتقد أن هذا سيحدث في أي وقت قريب. على المدى القريب ، من المفترض أن تكون أداة تكميلية.
نهجك لديه معدل حساسية 95 بالمائة. هل هذا جيد بما يكفي للاختبار الشامل؟
أعتقد انه. عادة ما يكون لدى المرضى المصابين بـ SARS-CoV-2 أعلى حمولة فيروسية عندما تظهر عليهم الأعراض في البداية. وفي الواقع ، قد يكون حتى قبل ظهور الأعراض أنه قد يكون لديهم حمولات فيروسية عالية جدًا. في المرضى في المستشفى ، تتقلب الأحمال الفيروسية بمرور الوقت ، لكنها تنخفض عمومًا. لذلك عندما يكون المرضى يعانون من أعراض طفيفة ، يكون ذلك عندما يكونون معديين بشكل لا يصدق ، ونحن بحاجة إلى إيجاد طريقة لكسر سلسلة الانتقال. وعد CRISPR هو أنه يمكن أن يوفر طريقة لإجراء اختبار رخيص ولامركزي لجزء كبير من السكان. في الوقت الحالي ، لا تكمن الحاجة في الكشف عن كل إصابة منخفضة المستوى ، بل يجب تنفيذ الاختبار على نطاق واسع.
يمكن أن توفر بعض الاختبارات القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل نتائج في أقل من 15 دقيقة. يستغرق هذا الاختبار حوالي 40 دقيقة. هل يمكنك جعله أسرع؟
من أجل الحصول على الاختبار وتعظيم حساسيته ، اخترنا أن نجعله أكثر قوة. لذا فإن الخطوات في الواقع أطول مما يجب أن تكون عليه. قد يتضمن تسريع الاختبار تجاوز خطوة الاستخراج ، بالإضافة إلى تقليل أوقات التفاعل. لقد تمكنا من تقليل وقت الاكتشاف إلى 10 دقائق ، لذلك يمكن تحقيقه بالتأكيد. والسؤال هو هل تستطيع أن تفعل ذلك وما زلت تحتفظ بنفس الحساسية؟.
هل هو اختبار غير مكلف؟
بشكل عام ، يعد الاختبار غير مكلف للغاية ، لأنه يمكن تصنيع الكواشف والإنزيمات بكميات كبيرة. ستكون التكلفة الآن من حيث محاولة تصنيع النظام الأساسي المناسب. إذا تمكنا من تجميع الاختبار في خرطوشة رخيصة يمكن التخلص منها ، فمن المحتمل أن تكون رخيصة جدًا. تكلفة الكواشف ليست سوى بضعة دولارات لكل اختبار. بالنسبة لاختبار CRISPR القائم على المختبر السريري ، فإننا نهدف إلى أقل من دولار واحد لكل اختبار ، وتكلفة الاختبار المنزلي أقل من 5 دولارات. ومع ذلك ، فإن المفتاح هو ما إذا كان بإمكاننا تصنيعها بكميات كبيرة وقدرة عالية والحفاظ عليها رخيصة - وما زلنا قادرين على إجراء الاختبار في أماكن مختلفة خارج المختبر.
ما هي المشكلات الفنية المرتبطة بتوسيع نطاق الاختبار؟
توافر الكواشف واحد. آخر ينطوي ببساطة على الحاجة إلى اختبار مركزي. عادةً ما تحتاج إلى معمل جزيئي لتشغيل هذه الأدوات ، لذا فإن الاختبار مقيد بعدد الأدوات التي يمكنك نشرها. على سبيل المثال ، يعد معرف Abbott ID NOW [الفحص] أحد أدوات نقاط الرعاية القليلة. لكنها تشغل عينة واحدة فقط في كل مرة. يجب أن نكون قادرين على إجراء مئات الاختبارات في وقت واحد. و CRISPR ، بالإضافة إلى السماح لك بالقيام بنقطة رعاية لأن رد الفعل سريع وبسيط للغاية ، [قد يتيح لك] تشغيل آلاف العينات في كل مرة في المختبر السريري - والقيام بذلك أسرع مما يمكن لـ PCR. يمكنك أيضًا توزيعه للاستخدام المنزلي. تعد مضاعفة اختبار CRISPR في إعداد نقطة رعاية أو في المنزل أمرًا ممكنًا إذا كان الاختبار يتكون من خرطوشة يمكن التخلص منها تحتوي على جميع الكواشف التي تحتاجها.
هل توجد أماكن أخرى تستخدم تقنية كريسبر لاختبار الأمراض المعدية؟
نعم ، هناك مجموعة في معهد برود [التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد] تعمل على تطوير إنزيمات CRISPR-Cas13 لاختبار SARS-CoV-2. ولأنها مفيدة للتشخيص ، وكذلك لتحرير الجينات ، فإننا نتصور تطوير CRISPR ليكون أداة تشخيصية وعلاجًا لا يمكنه اكتشاف الفيروس فحسب ، بل تدميره.
ما هي التطبيقات المحتملة لاستخدام هذا الاختبار على الفيروسات الناشئة في المستقبل؟
إن الشيء الرائع في هذه التقنية هو أنه يمكن تصميم هذه المجسات أثناء الطيران ، مما يعني أنه يمكننا تغيير هدفنا بسرعة. كنت أتعاون بالفعل مع Mammoth Biosciences في هذا الاختبار لتطوير اختبار مرض لايم الذي تنقله القراد. بمجرد توفر تسلسل جينوم SARS-CoV-2 ، انتقلنا من وجود التسلسل إلى إجراء اختبار وظيفي في غضون أسبوعين أو ثلاثة أسابيع. في النهاية ، نتصور اختبار نقطة رعاية يمكن برمجته لأي هدف ترغب فيه.
اقرأ المزيد عن تفشي فيروس كورونا هنا.