想象一下，用鼻拭子擦拭你的鼻孔，然后將其放入一種設備中，15到30分鐘后，你的手機上就會有一個讀數(shù)，告訴你是否感染了冠狀病毒SARS-CoV-2。這一直是美國加州大學伯克利分校、格拉斯通研究所和加州大學舊金山分校的研究人員的愿景。而如今，他們報告了一項科學突破，使他們更接近于實現(xiàn)這一愿景。

抗擊COVID-19大流行和全面重新開放美國各地社區(qū)的主要障礙之一是獲得大規(guī)模的快速測試。了解誰是感染者將為政策制定者和公民提供關于病毒潛在傳播和威脅的寶貴新見解。

然而，人們往往必須等待幾天才能得到結果，如果實驗室的測試工作出現(xiàn)積壓，甚至需要等待更長時間。而且，大多數(shù)感染者癥狀輕微或沒有癥狀，這使得情況更加惡化。

在一項新的研究中，這些研究人員概述了一種基于CRISPR的COVID-19測試技術，該技術使用智能手機攝像頭，可在30分鐘內提供準確結果。相關研究結果于2020年12月4日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標題為“Amplification-free detection of SARS-CoV-2 with CRISPR-Cas13a and mobile phone microscopy”。

這種測試技術是與加州大學伯克利分校生物工程學家Daniel Fletcher博士以及格拉斯通病毒學研究所高級研究員Jennifer Doudna博士合作設計的。Doudna最近因共同發(fā)現(xiàn)CRISPR-Cas基因組編輯技術而獲得2020年諾貝爾化學獎。

他們的新診斷測試方法不僅可以產(chǎn)生陽性或陰性結果，還可以測量給定樣本中的病毒載量（或者說SARS-CoV-2的濃度）。

Fletcher說，“當與重復測試相結合時，測量病毒載量可以幫助確定感染是增加還是減少。監(jiān)測患者的感染過程可能有助于醫(yī)護人員估計感染階段，并實時預測可能需要多長時間才能康復。”

通過直接檢測進行更簡單的測試

目前的COVID-19測試使用一種叫做定量PCR的方法，它是一種金標準的測試方法。然而，使用這種方法檢測SARS-CoV-2面臨的一個問題是，它需要DNA。冠狀病毒是一種RNA病毒，這意味著要使用PCR方法，病毒RNA必須首先轉化為DNA。此外，這種方法依賴于兩個步驟的化學反應，包括一個擴增步驟，以提供足夠的DNA使其可檢測。所以，目前的測試方法通常需要訓練有素的使用者、專門的試劑和繁瑣的實驗室設備，這嚴重限制了開展測試的地點，并導致接收測試結果的延遲。

作為PCR的替代方法，科學家們正在開發(fā)基于基因編輯技術CRISPR的測試策略，其中CRISPR擅長特異性識別遺傳物質。

圖片來自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.12.001

迄今為止，所有CRISPR診斷方法都需要將病毒RNA轉化為DNA，并在測試前對它進行擴增，這增加了檢測時間和復雜性。相比之下，這項新研究中描述的新方法跳過了所有的轉化和擴增步驟，利用CRISPR直接檢測病毒RNA。

Doudna說，“我們對診斷方法感到興奮的原因是，在使用過程中，可能獲得快速、準確的結果。這在有限的測試地方特別有用，或者在需要頻繁、快速檢測的時候，特別有幫助。它可能消除我們在COVID-19測試中觀察到的很多瓶頸。”

論文共同第一作者Parinaz Fozouni說，“我們知道我們正在開發(fā)的測試方法將是一個在邏輯上適合幫助解決當前危機的選擇，這是因為它可以用最少的資源進行快速測試。我們用切割RNA的Cas13a代替了一種眾所周知的識別和切割DNA的名為Cas9的CRISPR蛋白。”

在這種新的測試方法中，Cas13a蛋白與一種在切割時會產(chǎn)生熒光的報告分子結合在一起，然后與來自鼻腔拭子的患者樣本混合。混合后的樣本被放置在一種連接到智能手機的設備中。如果樣本中含有SARS-CoV-2 RNA，Cas13就會被激活，并切割報告分子，導致熒光信號產(chǎn)生。然后，基本上變成了顯微鏡的智能手機攝像頭可以檢測到熒光，并報告測試的拭子呈病毒陽性。

這種測試方法的真正獨特之處在于，它使用一步反應直接測試病毒RNA，而不是傳統(tǒng)PCR測試中的兩步過程。更簡單的化學反應，配合智能手機攝像頭，縮短了測試時間，不需要復雜的實驗室設備。它還可以讓這種測試方法產(chǎn)生定量測量結果，而不是簡單的陽性或陰性結果。

這些研究人員還表示，他們的測試方法可以適用于各種手機，從而使得它易于使用。Fletcher解釋說，“我們選擇使用手機作為我們檢測設備的基礎，這是因為它們具有直觀的用戶界面和高靈敏度的攝像頭，讓我們可以用來檢測熒光。手機也是大規(guī)模生產(chǎn)的，而且成本效益高，這表明專門的實驗室儀器并不是這種測試方法所必需的。”

準確和快速的結果可限制大流行性疫情發(fā)生

當這些研究人員用患者樣本測試他們的檢測設備時，他們證實該設備可以為臨床相關病毒載量的樣本提供非常快的結果周轉時間。事實上，該設備能在5分鐘內準確檢測一組陽性樣本。對于病毒載量較低的樣本，該設備需要長達30分鐘才能將它與具有陰性測試結果的樣本區(qū)分開來。

這種基于CRISPR的新測試方法不僅為快速測試提供了一個很有前途的選擇，而且通過使用智能手機，避免了對笨重的實驗室設備的需要，它有可能變得便攜，最終可以在醫(yī)療點使用，甚至在家使用。而且，它還可能擴展到診斷SARS-CoV-2以外的其他呼吸道病毒。

此外，智能手機攝像頭的高靈敏度，加上它們的連接性、GPS和數(shù)據(jù)處理能力，使得它們成為低資源地區(qū)診斷疾病的有吸引力的工具。

研究者表示，“我們希望將我們的測試方法開發(fā)成一種設備，該設備可以立即將結果上傳到基于云的系統(tǒng)中，同時保持患者的隱私，這對于接觸者追蹤和流行病學研究非常重要。這種基于智能手機的診斷測試方法可能在控制當前和未來的流行病方面發(fā)揮關鍵作用。”

責任編輯：xj

原文標題：智能手機攝像頭竟可以定量檢測新冠病毒RNA！

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