Расшифровка генома SARS-CoV-2 - диагностическое тестирование

«Тестирование, тестирование, тестирование!» - широко разрекламированный лозунг борьбы с пандемией COVID-19. Всемирная организация здравоохранения и другие федеральные / государственные агентства по всему миру опубликовали эту знакомую фразу. Действительно, быстрое тестирование человеческих популяций является краеугольным камнем в борьбе с такой пандемией, как COVID-19.

Обширное тестирование обеспечивает рациональную основу для реализации стратегий общественного здравоохранения, которые могут предотвратить дальнейшее распространение болезни. Это позволяет властям принимать информированные решения о политике смягчения последствий, такой как социальное дистанцирование, домоседство и, в крайних случаях, комендантский час. После распространения болезни, передаваемой воздушным путем, такой как COVID-19, эти важные инициативы в области общественного здравоохранения имеют жизненно важное значение для снижения нагрузки на системы здравоохранения и спасения человеческих жизней.

Геномный анализ - это ключ к созданию набора для тестирования, специфичного для SARS-CoV-2. Это тот случай, когда мы разрабатываем наборы на основе ДНК (ПЦР, изотермическая амплификация, CRISPR) или генерируем антигены для серологического обнаружения. . Глобальная некоммерческая организация составила список всех коммерчески доступных тестов SARS-CoV-2. Здесь мы обсудим два основных метода, которые используются в настоящее время:тестирование на основе ДНК и тестирование на основе антител.

Тестирование на основе ДНК

Текущее тестирование на COVID-19, проводимое на вирусном генетическом материале из мазков из носа и горла, использует общий метод молекулярной биологии, называемый полимеразной цепной реакцией с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР). В другом тесте используется новейшая технология изотермической амплификации нуклеиновых кислот, разработанная Abbot Labs ¹ . Оба теста очень чувствительны. Они работают путем амплификации участка генома, специфичного для вируса SARS-CoV-2. Эта амплификация примирована парой олигонуклеотидов (также называемых праймерами), которые комплементарны вирусным последовательностям.

Текущий метод ОТ-ПЦР включает извлечение вирусной РНК из мазков из носа и горла и обратную транскрипцию РНК в ДНК с последующей реакцией ПЦР. Метод ПЦР использует стратегию циклического изменения температуры, которая включает денатурацию матрицы и отжиг коротких праймеров до комплементарных последовательностей на матрице. Удлинение комплекса праймер-матрица, чему способствует фермент полимераза, приводит к экспоненциальной амплификации целевых ампликонов. Результат получается в течение нескольких часов. Подробные протоколы по методу ПЦР предоставлены ВОЗ и CDC. Напротив, изотермический метод от Abbott labs не ограничен ограничением термоциклирования, и положительные результаты для COVID-19 получены через 5 минут, а отрицательные - через 13 минут ¹ .

Уникальные области SARS-CoV-2, идентифицированные сравнительным анализом генома, служат отличительными маркерами для разработки праймеров или зондов, используемых в наборах на основе ДНК. SARS-CoV-2 - это вирус с одноцепочечной РНК, геном которого составляет около 30 000 оснований. Вирусный геном кодирует четыре структурных белка, а именно:оболочку (E), мембрану (M), нуклеокапсид (N) и шип (S).

Сравнительный анализ генома выявил различные области, уникальные для SARS-CoV-2. Уникальность последовательности подтверждается поиском похожих последовательностей с использованием алгоритма BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) в базе данных GenBank, глобальном репозитории всех секвенированных геномов. Уникальные области в генах, таких как ORF1ab, N, RdRp и S, в настоящее время используются в качестве праймеров в диагностике SARS-CoV-2 с помощью ОТ-ПЦР ² , а экспресс-тест Abbott ID NOW ™ на COVID-19 нацелен на ген RdRp.

Новые методы на горизонте

CRISPR, популярная технология редактирования генов, считается масштабируемым вариантом для популяционного тестирования. Этот метод использует способность CRISPR распознавать определенные генетические последовательности и вырезать их. CRISPR также разрезает репортерную молекулу, добавляемую в реакцию, которая может быстро выявить присутствие вирусного генетического материала. SHERLOCK на основе CRISPR (Разблокировка специфического высокочувствительного ферментного репортера) описывается как метод с использованием бумажной индикаторной полоски, который может дать результаты в течение одного часа. SHERLOCK был разработан совместно с Фэн Чжаном из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда ³ . Другой метод, разработанный Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли, узурпирует изотермическую преамплификацию с помощью CRISPR, нацеленной на эндонуклеазы ДНК Trans Репортер (DETECTR) по коронавирусу. DETECTR может предоставить результаты за 30 минут ⁴ .

Последовательные методы предоставляют важную информацию о наличии или отсутствии вируса у пациента, информацию, которая особенно ценна при разработке политики общественного здравоохранения и безопасности. В настоящее время в США мы тестируем только людей с симптомами COVID-19. Однако при таком заболевании, как COVID-19, существует серьезная угроза того, что бессимптомные люди могут распространять вирус в обществе.

Как узнать, переболел ли человек инфекцией SARS-CoV-2 и развил ли он иммунитет?

Тестирование на основе антител

Тестирование на антитела позволяет выявлять бессимптомных людей, которые уже были инфицированы и, вероятно, обладают иммунитетом. Тестирование на антитела также является лучшей стратегией для скрининга всего населения и уменьшения опасений распространения среди населения. Лица с положительным результатом на антитела также могут быть потенциальным источником плазмы, которую можно вводить пациентам с COVID-19 - подход, который в настоящее время тестируется в США.

Тесты на антитела требуют определенных знаний о белках, которые имеют решающее значение для вируса, например о белке оболочки вируса. В идеале те вирусные белки, которые запускают иммунную систему, являются лучшими кандидатами, потому что они инициируют выработку антител, которые сигнализируют или нейтрализуют вирус. Затем необходимо произвести эти части или срезы вирусного белка в лаборатории и трансфицировать их в клеточные линии для включения в иммуноферментный анализ, такой как ELISA, который определяет присутствие антител.

Такие иммуноанализы потенциально могут лечь в основу домашних наборов для тестирования на иммунитет к таким заболеваниям, как COVID-19. Однако разработка этих наборов требует времени. Самым сложным препятствием в этом процессе является экспрессия белка или белкового сегмента в правильной конформации.

Спайковый белок SARS-CoV-2 представляет собой одно из потенциальных направлений развития диагностики, поскольку он имеет несколько уникальных регионов. Несколько групп тестируют рецептор-связывающий домен S-белка, а некоторые исследуют весь спайковый белок ² . Другие потенциальные кандидаты включают белок нуклеокапсид и белок S. FDA оценивает различные методы тестирования антител и недавно одобрило первый тест, который поможет определить, сколько людей в популяции имеет иммунитет ⁵ .

В разгар сегодняшней пандемии COVID-19 диагностическое тестирование на основе ДНК и антител имеет решающее значение для инициатив в области общественного здравоохранения, которые мы принимаем для сдерживания и смягчения последствий вируса SARS-CoV-2. Поскольку мы стремимся «сгладить кривую», быстрое тестирование имеет значение.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с нами:https://www.3dsbiovia.com/about/contact/.

Моделирование и имитация предлагает новые идеи для SARS-CoV-2 Расшифровка генома SARS-CoV-2 - происхождение