科学家设计新设备 可从唾液样本中检测出COVID-19毒株及其变体

该设备还可以用来检测与现在流行的一些SARS-CoV-2变种有关的特定病毒突变。这一结果也可以在一小时内获得，有可能使追踪病毒的不同变体变得更加容易，特别是在没有基因测序设施的地区。

麻省理工学院医学工程与科学研究所（IMES）和生物工程系的Termeer医学工程与科学教授James Collins说：“我们证明了我们的平台可以被编程以检测出现的新变体，而且我们可以相当迅速地重新使用它。在这项研究中，我们的目标是英国、南非和巴西的变体，但你可以很容易地调整诊断平台，以解决德尔塔变体和其他正在出现的变体。”

研究人员说，这种依靠CRISPR技术的新诊断方法可以以大约15美元的价格组装起来，但是如果这些设备大规模生产，这些成本可能会大幅下降。

Collins是这项新研究的资深作者，该研究于8月6日发表在《科学进展》杂志上。该论文的主要作者是哈佛大学维斯生物启发工程研究所的博士后Helena de Puig；波士顿儿童医院和贝斯以色列女执事医疗中心的儿科讲师和维斯研究所的访问学者Rose Lee；麻省理工学院媒体实验室的研究生Devora Najjar；以及维斯研究所的临床研究员和麻省总医院的消化科讲师Xiao Tan。

一个独立的诊断器

这种新的诊断方法基于SHERLOCK，这是Collins和其他人在2017年首次报告的一种基于CRISPR的工具。该系统的组成部分包括一个允许检测特定目标RNA序列的RNA引导链，以及切割这些序列并产生荧光信号的Cas酶。所有这些分子成分都可以冷冻干燥，以便长期储存，并在接触到水时重新激活。

去年，Collins的实验室开始致力于改造这项技术，以检测SARS-CoV-2病毒，希望他们能够设计出一种诊断设备，能够产生快速的结果，并且只需很少或不需要专业知识就能操作。他们还希望它能与唾液样本一起使用，使用户更加方便。

为了实现这一目标，研究人员必须加入一个关键的预处理步骤，使被称为唾液核酸酶的酶失效，这些酶会破坏RNA等核酸。一旦样本进入该设备，核酸酶就会被加热和两种化学试剂灭活。然后，通过让唾液通过一个膜来提取和浓缩病毒RNA。

Lee说：“这层膜是收集核酸和浓缩它们的关键，这样我们就能获得我们在这种诊断中显示的灵敏度。”

然后，这种RNA样本被暴露在冻干的CRISPR/Cas组件中，这些组件通过自动穿刺设备内的密封水包而被激活。一系列反应扩增了RNA样本，然后检测目标RNA序列（如果存在的话）。

研究人员表示：“我们的目标是创造一种完全独立的诊断方法，不需要其他设备。基本上，病人向这个设备吐痰，然后你按下一个活塞，一小时后你就能得到答案。”

研究人员设计了这个设备，他们称之为最小仪器化的SHERLOCK（miSHERLOCK），因此它最多可以有四个模块，每个模块寻找不同的目标RNA序列。原始模块包含检测任何SARS-CoV-2菌株的RNA引导链。其他模块是专门针对与过去一年出现的一些变体相关的突变，包括B.1.1.7、P.1和B.1.351。

当研究人员进行这项研究时，德尔塔变体还没有大规模扩散，但由于该系统已经建成，他们说设计一个新模块来检测该变体应该是很简单的。该系统也可以很容易地进行编程，以监测可能使病毒更具感染性的新变异。

"如果你想做更广泛的流行病学调查，你可以在人群中出现令人担忧的突变之前设计检测方法，以监测刺突糖蛋白中潜在的危险突变，"Najjar说。

追踪变体

研究人员首先用添加了合成SARS-CoV-2 RNA序列的人类唾液测试了他们的设备，然后用大约50个病毒检测呈阳性的病人的样本进行测试。他们发现该设备与现在使用的黄金标准PCR测试一样准确，后者需要鼻拭子，并需要更多的时间和更多的硬件和样本处理来产生结果。

该设备产生的荧光读数可以用肉眼看到，研究人员还设计了一个智能手机应用程序，可以读取结果并将其发送给公共卫生部门，以方便追踪。

研究人员认为他们的设备可以以每台设备低至2至3美元的成本生产。如果得到美国食品和药物管理局的批准并大规模生产，他们设想这种诊断器可以对那些希望能够在家里进行测试的人有用，或者在没有广泛的PCR测试或SARS-CoV-2变体基因测序的地区的保健中心有用。

de Puig说：“检测和跟踪这些变体的能力对有效的公共卫生至关重要，但不幸的是，变体目前只能在专门的流行病学中心通过核酸测序进行诊断，而这些中心即使在资源丰富的国家也很缺乏。”