Инструмент редактирования РНК — быстрый и чувствительный тест на COVID-19

Инженерный CRISPR-Cas13 метод, обнаруживающий РНК вируса SARS-CoV-2, обещает сделать тестирование на COVID-19 и другие заболевания быстрым и простым.

Исследователи из Университета Райса и Университета Коннектикута дополнительно модифицировали систему редактирования РНК CRISPR-Cas13, чтобы повысить её способность обнаруживать минимальные количества вируса SARS-CoV-2 в биологических образцах. Метод не требует трудоёмких этапов экстракции и амплификации РНК, необходимых для золотого стандарта ПЦР-тестирования.

• Новая платформа показала высокую эффективность по сравнению с ПЦР, обнаружив 10 из 11 положительных образцов и не выдав ложноположительных результатов при тестировании клинических образцов напрямую из назальных мазков.
• Исследователи продемонстрировали, что их техника находит признаки SARS-CoV-2 в аттомолярных (10^-18) концентрациях.

Исследование под руководством инженера Шерри Гао и постдоков Цзе Ян (Райс) и Ян Сон (Коннектикут) опубликовано в Nature Chemical Biology.

Усиление Cas13 для диагностики

Ключевым элементом стал скрытый гибкий шпилечный участок (hairpin loop) рядом с активным сайтом белка Cas13, выделенного из бактерии Leptotrichia wadei.

• Дикий тип Cas13 не мог обнаружить аттомолярный уровень вирусной РНК за 30–60 минут.
• Усиленная версия, созданная в Райсе, справляется с задачей примерно за полчаса.

Учёные встроили семь различных РНК-связывающих доменов в этот петлевой участок. Два полученных комплекса показали явное превосходство: при обнаружении мишени белки начинали флуоресцировать.

• Активность усиленных белков была в 5–6 раз выше, чем у дикого типа Cas13.

Переход на электрохимический сенсор

Для повышения чувствительности и пригодности для диагностики в условиях ограниченных ресурсов учёные перенесли анализ с флуоресцентного ридера на электрохимический сенсор.

• С использованием готового сенсора инженерный белок стал на пять порядков чувствительнее в обнаружении вируса по сравнению с диким типом.

Перспективы и применение

Лаборатория планирует адаптировать технологию для использования на тест-полосках, подобных домашним тестам на антитела к COVID-19, но с гораздо более высокой чувствительностью и точностью.

• Технология применима не только к SARS-CoV-2. Исследуется улучшенное обнаружение вирусов Зика, денге и Эбола, а также биомаркеров сердечно-сосудистых заболеваний.
• Метод позволяет разрабатывать направляющую РНК (guide RNA) для обнаружения конкретных последовательностей, что делает его мощным инструментом для отслеживания различных мутаций или коронавирусов.

Проект стал результатом комбинированных усилий в области структурной биологии, белковой инженерии и разработки биомедицинских устройств.