Gerät diagnostiziert COVID-19 aus Speichel

Ingenieure haben ein kleines Tischgerät entwickelt, das SARS-CoV-2 aus einer Speichelprobe in etwa einer Stunde nachweisen kann. Die Diagnose ist genauso genau wie die jetzt verwendeten PCR-Tests. Das Gerät kann auch zum Nachweis spezifischer viraler Mutationen verwendet werden, die mit einigen der derzeit zirkulierenden SARS-CoV-2-Varianten in Verbindung stehen. Dieses Ergebnis kann auch innerhalb einer Stunde erzielt werden, wodurch es möglicherweise viel einfacher wird, verschiedene Varianten des Virus zu verfolgen, insbesondere in Regionen, die keinen Zugang zu genetischen Sequenzierungseinrichtungen haben.

Das neue Diagnosegerät kann für etwa 15 US-Dollar zusammengebaut werden, aber diese Kosten könnten erheblich sinken, wenn die Geräte in großem Maßstab hergestellt würden.

Die neue Diagnostik basiert auf SHERLOCK, einem CRISPR-basierten Tool. Zu den Komponenten des Systems gehören ein RNA-Führungsstrang, der den Nachweis spezifischer Ziel-RNA-Sequenzen und Cas-Enzyme ermöglicht, die diese Sequenzen spalten und ein Fluoreszenzsignal erzeugen. Alle molekularen Komponenten können zur Langzeitlagerung gefriergetrocknet und bei Kontakt mit Wasser reaktiviert werden.

Die Forscher integrierten einen kritischen Vorverarbeitungsschritt, der Enzyme namens Speichelnukleasen deaktiviert, die Nukleinsäuren wie RNA zerstören. Sobald die Probe in das Gerät gelangt, werden die Nukleasen durch Hitze und zwei chemische Reagenzien inaktiviert. Dann wird virale RNA extrahiert und konzentriert, indem der Speichel durch eine Membran geleitet wird.

Diese RNA-Probe wird dann gefriergetrockneten CRISPR/Cas-Komponenten ausgesetzt, die durch automatisches Durchstechen von versiegelten Wasserpaketen innerhalb des Geräts aktiviert werden. Die Eintopfreaktion amplifiziert die RNA-Probe und weist dann die Ziel-RNA-Sequenz nach, falls vorhanden.

Die Forscher entwarfen das Gerät, das 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 Stamm von SARS-CoV-2 erkennen. Andere Module sind spezifisch für Mutationen im Zusammenhang mit einigen der Varianten, die im vergangenen Jahr aufgetreten sind, darunter B.1.1.7, P.1 und B.1.351.

Die Delta-Variante war noch nicht weit verbreitet, als die Forscher diese Studie durchführten, aber da das System bereits gebaut ist, sollte es einfach sein, ein neues Modul zu entwerfen, um diese Variante zu erkennen. Das System könnte auch einfach so programmiert werden, dass es auf neue Mutationen überwacht, die das Virus ansteckender machen könnten.

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 erfordern, um Ergebnisse zu erzielen.

Das Gerät erzeugt eine fluoreszierende Anzeige, die mit bloßem Auge gesehen werden kann, und die Forscher entwarfen auch eine Smartphone-App, die die Ergebnisse lesen und sie zur einfacheren Verfolgung an die Gesundheitsämter senden kann. Die Forscher glauben, dass das Gerät zu einem Preis von nur 2 bis 3 US-Dollar pro Gerät hergestellt werden könnte.