Названный тестом VaNGuard (Variant Nucleotide Guard), он использует инструмент редактирования генов, известный как CRISPR, который широко используется в научных исследованиях для изменения последовательностей ДНК и модификации функций генов в человеческих клетках в лабораторных условиях, а в последнее время – в диагностические приложения.
Поскольку вирусы обладают способностью развиваться с течением времени, диагностический тест, устойчивый к потенциальным мутациям, является важным инструментом для отслеживания и борьбы с пандемией. За это время возникли тысячи вариантов SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, включая те, которые широко распространились в Соединенном Королевстве, Южной Африке и Бразилии .
Однако вариации генетической последовательности в новых штаммах могут препятствовать способности некоторых диагностических тестов обнаруживать вирус, сказал доцент NTU Тан Менг Хау, возглавлявший исследование.
В дополнение к его способности обнаруживать SARS-CoV-2 даже при его мутации, тест VaNGuard может использоваться на неочищенных образцах пациентов в клинических условиях без необходимости очистки РНК, и дает результаты за 30 минут.
Это треть времени, необходимого для теста золотого стандарта полимеразной цепной реакции (ПЦР), который требует очистки РНК в лабораторных условиях.
Команда ученых во главе с НТУ надеется, что тест VaNGuard может быть развернут в условиях, когда быстрое подтверждение статуса людей с COVID-19 имеет первостепенное значение.
Доцент Тан из Школы химической и биомедицинской инженерии НТУ сказал: «Вирусы очень умны.
Они могут мутировать, редактировать или перетасовывать свой генетический материал, что означает, что диагностические тесты могут не выявить их. Поэтому мы потратили значительные усилия на разработку надежного и чувствительного теста, который может улавливать вирусы, даже если они изменяют свою генетическую последовательность. Кроме того, частое тестирование важно для предотвращения передачи вирусов среди популяций, поэтому мы разработали наши тесты, чтобы они были быстрыми и доступными, что делает их развертываемыми в условиях ограниченных ресурсов."
Результаты были опубликованы 19 марта в научном журнале Nature Communications.
Исследовательская группа подала патент на тест VaNGuard.
В дальнейшем они планируют провести дальнейшие эксперименты для дальнейшего совершенствования своего диагностического набора, получить одобрение регулирующих органов от соответствующих органов и коммерциализировать свой тест в партнерстве с диагностическими компаниями.
Использование «молекулярных ножниц» для обнаружения вируса
Тест VaNGuard основан на реакционной смеси, содержащей enAsCas12a, вариант фермента Cas12a, который действует как пара «молекулярных ножниц»."
Фермент enAsCas12a «запрограммирован» нацеливаться на определенные сегменты генетического материала SARS-CoV-2 и отрезать их от остальной части его вирусного генома.
Успешное отрывание сегментов – вот как фермент «обнаруживает» присутствие вируса. Программирование осуществляется двумя разными молекулами, известными как направляющие РНК, которые предназначены для распознавания определенных участков генома SARS-CoV-2.
Ученые решили использовать две направляющие РНК, которые распознают последовательности, которые чрезвычайно похожи между вариантами SARS-CoV-2 и также уникальны для вируса. Согласно расчетам, каждая направляющая РНК распознает более 99.5 процентов из тысяч изолятов SARS-CoV-2, которые к настоящему времени секвенированы по всему миру.
Доцент Тан объяснил: «Комбинация двух или более направляющих РНК с ферментом enAsCas12a гарантирует, что если одна из направляющих РНК не сможет направить ее к правильному сегменту вируса из-за мутации, другая направляющая РНК все еще сможет« спасти »это. несоответствие."
На данный момент диагностическая платформа made in-NTU может распознавать до двух мутаций в целевых сайтах генома SARS-CoV-2.
Когда вирус SARS-CoV-2 или один из его вариантов обнаруживается в образце, сконструированный вариант фермента Cas12 enAsCas12a становится гиперактивированным и начинает разрезать другой детектируемый генетический материал в образце, включая молекулу, помеченную флуоресцентным красителем. который добавлен в реакционную смесь.
Когда молекула разрезана, она начинает светиться.
Это свечение улавливается микропланшетным ридером, лабораторным прибором, который может обнаруживать и количественно определять световые фотоны, испускаемые молекулой.
Доцент Тан, который также является сотрудником Института генома Сингапура при Агентстве науки, технологий и исследований Сингапура (A * STAR), объяснил: «Если вирус присутствует, молекула будет светиться.
Если нет, это означает, что вирус отсутствует, чтобы вызвать гиперактивацию молекулярных ножниц."
Делаем тест VaNGuard простым в использовании
Чтобы облегчить использование теста после того, как он был одобрен для развертывания, ученые интегрировали тест в специально обработанную бумажную полоску, которая похожа на тест на беременность.
Полоску бумаги погружают в пробирку, содержащую неочищенный образец носоглотки и реакционную смесь. При наличии вируса SARS-CoV-2 или его варианта на бумажной полоске появятся две сильные полосы. При отсутствии вируса появится только одна полоса.
Ученые подтвердили способность теста VaNGuard обнаруживать варианты SARS-CoV-2 путем синтеза образца РНК, который имеет ту же мутированную последовательность, что и известный вариант SARS-CoV-2.
Они добавляли в свой тест разное количество синтезированного образца и наблюдали две сильные полосы, когда бумажную полоску погружали в каждую реакционную смесь. Это указывает на то, что тест VaNGuard устойчив к мутированным вирусным последовательностям.
Ученые также разработали приложение для мобильного телефона, чтобы облегчить интерпретацию бумажных полосок.
Тест VaNGuard был разработан учеными из Школы химической и биомедицинской инженерии НТУ, Школы биологических наук и Школы компьютерных наук и инженерии; Национальная университетская система здравоохранения; и A * STAR.