Tragbarer Speicheltest erkennt COVID-19 in einer Stunde mit PCR-Genauigkeit

Ingenieure haben ein kleines Tischgerät entworfen, das SARS-CoV-2 aus einer Speichelprobe in etwa einer Stunde detektieren kann. Die Diagnostik ist genauso genau wie die derzeit verwendeten PCR-Tests. Das Gerät kann auch verwendet werden, um spezifische virale Mutationen zu detektieren, die mit einigen der jetzt zirkulierenden SARS-CoV-2-Varianten in Verbindung stehen. Dieses Ergebnis kann ebenfalls innerhalb einer Stunde erzielt werden, was es potenziell viel einfacher macht, verschiedene Varianten des Virus zu verfolgen, besonders in Regionen, die keinen Zugang zu Gensequenzierungseinrichtungen haben.

Die neue Diagnostik kann für etwa 15 Dollar zusammengebaut werden, aber diese Kosten könnten signifikant sinken, wenn die Geräte in großem Maßstab produziert würden.

Die neue Diagnostik basiert auf SHERLOCK, einem CRISPR-basierten Tool. Komponenten des Systems umfassen einen RNA-Führungsstrang, der die Detektion spezifischer Ziel-RNA-Sequenzen ermöglicht, und Cas-Enzyme, die diese Sequenzen schneiden und ein fluoreszierendes Signal erzeugen. Alle molekularen Komponenten können für die Langzeitlagerung gefriergetrocknet und bei Kontakt mit Wasser reaktiviert werden.

Die Forscher integrierten einen kritischen Vorverarbeitungsschritt, der Enzyme namens saliväre Nukleasen 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 versiegelter Wasserpakete im Gerät aktiviert werden. Die One-Pot-Reaktion amplifiziert die RNA-Probe und detektiert dann die Ziel-RNA-Sequenz, falls vorhanden.

Die Forscher entwarfen das Gerät, das sie minimally instrumented SHERLOCK (miSHERLOCK) nennen, so, dass es bis zu vier Module haben kann, die jeweils nach einer anderen Ziel-RNA-Sequenz suchen. Das ursprüngliche Modul enthält RNA-Führungsstränge, die jeden Stamm von SARS-CoV-2 detektieren. Andere Module sind spezifisch für Mutationen, die mit einigen der im vergangenen Jahr aufgetretenen Varianten in Verbindung stehen, einschließlich 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 unkompliziert sein, ein neues Modul zu entwerfen, um diese Variante zu detektieren. Das System könnte auch leicht programmiert werden, um nach neuen Mutationen zu überwachen, die das Virus ansteckender machen könnten.

Die Forscher testeten ihr Gerät zuerst 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 wurden. Sie fanden heraus, dass das Gerät genauso genau war wie die Goldstandard-PCR-Tests, die jetzt verwendet werden, die Nasenabstriche erfordern und mehr Zeit und erheblich mehr Hardware und Probenhandhabung benötigen, um Ergebnisse zu liefern.

Das Gerät erzeugt einen fluoreszierenden Auslesesignal, das mit bloßem Auge sichtbar ist, und die Forscher entwarfen auch eine Smartphone-App, die die Ergebnisse lesen und an Gesundheitsbehörden senden kann, um die Verfolgung zu erleichtern. Die Forscher glauben, das Gerät könnte zu Kosten von nur 2 bis 3 Dollar pro Gerät produziert werden.