新型COVID-19检测使用智能手机摄像头和CRISPR基因技术

基于CRISPR的COVID测试使用智能手机

格莱斯顿研究所、加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校的研究人员开发了一种新的基于crispr的COVID-19检测方法,基本上可以将智能手机摄像头转换为显微镜,提供快速和准确的结果。信贷:格莱斯顿学院

想象一下,用棉签擦拭你的鼻孔,把棉签放到一个设备里,在15到30分钟内读取你的手机,告诉你是否感染了新型冠状病毒肺炎病毒。这是格莱斯顿研究所科学家团队的愿景,加利福尼亚大学伯克利分校加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校。现在,他们报告了一项科学突破,使他们离实现这一愿景更近了一步。

在全国抗击COVID-19大流行和全面开放社区的主要障碍之一是大规模快速检测的可用性。了解谁被感染将为政策制定者和公民提供有关该病毒潜在传播和威胁的宝贵见解。

然而,人们通常必须等待几天才能得到结果,甚至在实验室测试积压的情况下还要等待更长的时间。而且,由于大多数感染者症状轻微或无症状,但仍携带和传播病毒,情况更加恶化。

在科学杂志上发表的一项新研究中细胞来自格拉德斯通、加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校的研究小组概述了基于crispr的COVID-19检测技术,该技术使用智能手机摄像头,在30分钟内提供准确的结果。

Melanie Ott和Parinaz Fozouni

来自格拉德斯通、加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校的科学家团队,包括Melanie Ott(左)和Parinaz Fozouni(右),概述了一项快速、一步移动测试的技术,该技术可以帮助抗击疫情和全面重新开放社区。信贷:格莱斯顿学院

格莱斯顿病毒学研究所主任、这项研究的领导者之一梅勒妮·奥特博士说:“对科学界来说,不仅要增加检测,而且要提供新的检测选项,这一直是一项紧迫的任务。”“我们开发的检测方法可以提供快速、低成本的检测,帮助控制COVID-19的传播。”

这项技术是与加州大学伯克利分校生物工程师丹尼尔·弗莱彻博士以及詹妮弗·杜恩纳博士合作设计的。詹妮弗·杜恩纳博士是格莱斯顿大学的高级研究员、加州大学伯克利分校教授、创新基因组学研究所所长、霍华德·休斯医学研究所研究员。Doudna最近因共同发现CRISPR-Cas基因组编辑而获得2020年诺贝尔化学奖,这项技术是这项工作的基础。yabovip2021

他们的新诊断测试不仅可以产生阳性或阴性的结果,它还可以测量病毒载量(或浓度)SARS-CoV-2(即导致COVID-19的病毒)。

弗莱彻是陈-扎克伯格生物中心的研究员,他说:“如果再加上重复测试,测量病毒载量可以帮助确定感染是在增加还是减少。”“监测患者感染的过程可以帮助卫生保健专业人员估计感染的阶段,并实时预测可能需要多长时间康复。”

通过直接检测的更简单的测试

目前的COVID-19检测使用一种称为定量pcr的方法,这是检测的黄金标准。然而,使用这种技术检测SARS-CoV-2的一个问题是,它需要DNA.冠状病毒是一种核糖核酸这意味着,要使用PCR方法,病毒的RNA必须首先转化为DNA。此外,这项技术依赖于两步化学反应,包括扩增步骤,以提供足够的DNA,使其可检测。因此,目前的检测通常需要训练有素的用户、专门的试剂和笨重的实验室设备,这严重限制了检测的进行,并导致收到结果的延迟。

作为PCR的替代方案,科学家们正在开发以特别识别遗传物质的基因编辑技术CRISPR为基础的检测策略。

迄今为止,所有CRISPR诊断都要求病毒RNA转化为DNA并在检测之前进行扩增,这增加了时间和复杂性。相反,这项最新研究中描述的新方法跳过了所有转换和扩增步骤,使用CRISPR直接检测病毒RNA。

Doudna说:“我们对基于CRISPR的诊断感到兴奋的一个原因是,我们有可能在需要时获得快速、准确的结果。”。“这在检测机会有限的地方,或需要频繁快速检测的地方特别有用。它可以消除我们在新冠病毒-19中看到的许多瓶颈。”

COVID-19测试智能手机摄像头

Fozouni(左)是Ott(右)实验室的一名研究生,是发表在《细胞》杂志上的这项研究的第一作者之一。信贷:格莱斯顿学院

帕里纳兹·福佐尼(Parinaz Fozouni)是加州大学旧金山分校(UCSF)的一名研究生,在格拉德斯通(Gladstone)的Ott实验室工作。过去几年,他一直在研究HIV的RNA检测系统。但在2020年1月,当人们清楚地认识到冠状病毒正在成为全球一个更大的问题,而检测是一个潜在的陷阱时,她和她的同事们决定将注意力转移到新冠病毒-19上。

“我们知道,我们正在开发的检测方法在逻辑上适合帮助解决危机,因为它允许用最少的资源进行快速检测,”福佐尼说。他与弗莱彻在加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的团队的孙sung - min和María Díaz de León Derby共同撰写了这篇论文。“我们使用的是能够识别和切割DNA的Cas9 CRISPR蛋白质,而不是能够切割RNA的Cas13。”

在新的测试中,Cas13蛋白与一个报告分子结合,当被切割时,报告分子会变成荧光,然后与来自鼻拭子的患者样本混合。样本被放置在连接到智能手机的设备中。如果样本含有来自SARS-CoV-2的RNA,Cas13将被激活并切断报告分子,导致荧光信号的发射。然后,智能手机摄像头,基本上转化为显微镜,可以检测荧光,并报告拭子检测出病毒呈阳性。

“这项测试的独特之处在于它使用一步反应直接测试病毒RNA,而不是传统PCR测试中的两步过程,”奥特说,他也是加州大学旧金山分校医学系的教授。“简单的化学反应与智能手机摄像头相结合,可以缩短检测时间,不需要复杂的实验室设备。它还可以让检测产生定量测量结果,而不仅仅是阳性或阴性结果。”yabovip2021

研究人员还表示,他们的分析方法可以适用于多种手机,使这项技术更容易使用。

弗莱彻解释说:“我们选择使用手机作为我们检测设备的基础,因为它们有直观的用户界面和高灵敏度的摄像头,我们可以用它们来检测荧光。”“手机也在批量生产,而且性价比高,这表明这种检测不需要专门的实验室仪器。”

准确和快速的结果,以限制大流行

当科学家们使用患者样本测试他们的设备时,他们证实,它可以提供一个非常快速的周转时间,以获得临床相关病毒载量样本的结果。事实上,该设备在5分钟内就能准确检测出一组阳性样本。对于低病毒载量的样本,该设备需要30分钟才能将其与阴性测试区分开来。

Ott说:“最近的SARS-CoV-2模型表明,我们需要快速进行频繁检测,以克服当前的大流行。”“我们希望通过增加检测,我们可以避免封锁,保护最脆弱的人群。”

这种新的基于crispr的测试不仅为快速检测提供了一个有前途的选择,而且通过使用智能手机,避免了对笨重的实验室设备的需求,它有可能变得便携,最终可用于护理点甚至在家使用。而且,它还可以扩展到诊断SARS-CoV-2以外的其他呼吸道病毒。

此外,智能手机摄像头的高灵敏度,加上它们的连通性、GPS和数据处理能力,使它们成为在资源匮乏地区诊断疾病的诱人工具。

“我们希望将我们的测试开发成一种设备,能够在维护患者隐私的同时将结果立即上传到基于云的系统中,这对于联系人追踪和流行病学研究非常重要,”奥特说。“这种基于智能手机的诊断测试可能在控制当前和未来的流行病方面发挥关键作用。”

参考:“Amplification-free SARS-CoV-2 CRISPR-Cas13a和手机显微镜检测”由Parinaz Fozouni, Sungmin儿子,玛丽亚·迪亚兹德莱昂的德比,加文·j·诺特,Carley n .灰色,迈克尔·v D 'Ambrosio:赵,尼尔·a·Switz任努卡库马尔,g,斯蒂芬妮·斯蒂芬斯,丹妮拉波姆,Chia-Lin祖文萃,杰弗里·舒Abdul Bhuiya,马克斯•阿姆斯特朗Andrew R. Harris, Pei-Yi Chen, Jeannette M. Osterloh, Anke Meyer-Franke, Bastian Joehnk, Keith Walcott, Anita Sil, Charles Langelier, Katherine S. Pollard, Emily D. Crawford, Andreas S. Puschnik, Maira Phelps, Amy Kistler, Joseph L. DeRisi, Jennifer A. Doudna, Daniel A. Fletcher and Melanie Ott, 2020年12月4日,细胞
内政部:10.1016/j.cell.2020.12.001

该研究的其他作者包括加州大学伯克利分校的Gavin J. Knott、Michael V. D 'Ambrosio、Abdul Bhuiya、Max Armstrong和Andrew Harris;格拉德斯通研究所的Carley N. Gray, G. Renuka Kumar, Stephanie I. Stephens, Daniela Boehm, Chia-Lin Tsou, Jeffrey Shu, Jeannette M. Osterloh, Anke Meyer-Franke和Katherine S. Pollard;Chan Zuckerberg Biohub的赵春雨、Emily D. Crawford、Andreas S. Puschnick、Maira Phelps和Amy Kistler;圣何塞州立大学的Neil A. Switz;还有来自加州大学旧金山分校的查尔斯·兰吉尔和约瑟夫·德里西。

该研究得到了美国国立卫生研究院的支持(NIAID资助5R61AI140465-03, NIDA资助1R61DA048444-01);国家卫生研究院快速加速诊断(RADx)计划;国家心肺血液研究所;国家生物医学成像和生物工程研究所;卫生和公众服务部(批准号:3U54HL143541-02S1);以及Fast Grants、James B. Pendleton Charitable Trust、the Roddenberry Foundation和多个个人捐赠者的慈善支持。这项工作也得益于一位匿名私人捐赠者的慷慨捐赠,以支持癌症诊断联盟。

7评论关于“新冠病毒检测使用智能手机摄像头和CRISPR基因技术”

  1. 郝曼便士|2020年12月6日|回复

    CRISPR-Cas13a和手机显微镜…哇!!
    我只希望世界各国政府能像这些大学科学家一样合作。
    很棒的工作!非常感谢大家。

  2. 史蒂文·霍斯特|2020年12月6日上午10:02|回复

    这个世界上有希望。它的基础是科学。科学类,creativity and cooperation.Thank you for all of your hard work Team. Many blessings on you ALL!Stay with it!Reading your story made my day.

  3. 约翰·保罗·亨特|2020年12月6日上午10:39|回复

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  4. 好消息,我怎么能投资这个和得到这个产品?

  5. 那个应用程序的名字是什么

  6. 这是对隐私的侵犯,所以人们可以更多地被腐败的少数人控制。看看安东尼·帕奇和卡里·马德杰博士对此是怎么说的。这是那些身居高位的带有神性情结的罪犯对人类犯下的最大罪行之一。如果没有腐败的科学家的帮助,他们也不会有今天的成就。

  7. 很有趣。

    祝贺你接受了新冠病毒类固醇检测。非常有前途。9个月就能研制出疫苗是闻所未闻的。在未来的大流行中可能不可能因此,预测并为之努力应该成为一个优先目标。一些考虑的想法。

    如何能将这种方法用于其他现有的和潜在的病毒,以积极应对未来的大流行和传染病?

    我们可以用CAS-9(用于DNA)和CAS-13(用于RNA)来“切片和骰子”病毒、病原体和细菌,使其无害,并通过早期检测和早期中和来治疗吗?

    我们能否将对类固醇的检测和检测技术结合起来,监测病毒载量(感染后——如果传染性非常高的话),并将中和剂嵌入人体皮肤下,根据需要适当调整中和剂的释放?

    大量的技术和创新可能和可见的地平线上的前瞻性预防未来的流行病!

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