Платформа теперь может использоваться для обнаружения вирусов непосредственно в клинических образцах, таких как кровь или слюна, исключая этап обработки, который ранее требовал лабораторных условий и профессионально обученного персонала. Эта разработка позволяет использовать SHERLOCK в областях, где доступ к специальным учебным и клиническим лабораториям может быть затруднен.Команда также оптимизировала возможности SHERLOCK по различению родственных вирусных видов друг от друга и продемонстрировала способность платформы выявлять клинически значимые мутации, такие как небольшая мутация в вирусе Зика, связанная с микроцефалией.«Быстрые и чувствительные инструменты имеют решающее значение для диагностики, наблюдения и характеристики инфекции», — говорит старший автор исследования Пардис Сабети, член института Broad, профессор Гарвардского университета и медицинский исследователь Говарда Хьюза. «Мы взяли технологию SHERLOCK и оптимизировали ее в контексте этих прикладных биологических сценариев».
Команда Сабети расширяет возможности тестирования SHERLOCK с сотрудниками в Нигерии, где этой весной произошел необычный всплеск случаев лихорадки Ласса. Лихорадка Ласса часто вызывает симптомы, характерные для многих вирусов, и основное лечение работает лучше всего, если назначено на ранней стадии, поэтому точная и быстрая диагностика имеет решающее значение.
Диагностическая платформа SHERLOCK (сокращение от Specific High-sensitive Enzymatic Reporter unLOCKing) использует запрограммированный фермент Cas13 в паре с репортерными молекулами для индикации присутствия генетической мишени, такой как вирус. До сих пор важнейшим предварительным этапом для SHERLOCK было извлечение и выделение нуклеиновых кислот из образцов пациентов, что обычно требует наличия лаборатории и обученного персонала, что затрудняет выполнение задач в полевых условиях.
Здесь исследовательская группа во главе с аспирантом Гарварда Катрин Фрейе и докторантом Кэмероном Мирвольдом, оба из лаборатории Сабети, разработали более простой метод, который позволяет Cas13 обнаруживать свою цель непосредственно в образцах телесных жидкостей, таких как слюна или кровь.Этот процесс называется HUDSON, или нагревание неизвлеченных диагностических образцов для уничтожения нуклеаз. Он состоит из быстрой химической и термической обработки образцов для инактивации определенных ферментов, которые в противном случае разрушили бы генетические мишени. Обработанные клинические образцы затем могут быть подвергнуты процедуре SHERLOCK, а окончательные результаты обнаружения, положительные или отрицательные, можно легко просмотреть на бумажных полосках, которые исследователи Broad Institute представили в серии обновлений SHERLOCK, опубликованных в феврале.
Весь трубопровод может быть завершен менее чем за два часа.«Эта система приближает нас к быстрой и удобной диагностике, которую можно легко развернуть где угодно», — говорит Сабети.«С каждым усовершенствованием конвейера SHERLOCK процесс диагностики ускоряется и требует меньше оборудования», — добавляет Фрайе. «Мы пытаемся сделать эти инструменты лучше и проще в использовании, чтобы диагноз мог приблизиться к пациенту, где он действительно должен быть».
Объединив HUDSON и SHERLOCK, команда смогла обнаружить вирус денге непосредственно в образцах слюны и сыворотки крови пациентов. Платформа также могла обнаруживать частицы вируса Зика, которые были добавлены в образцы здоровой крови и мочи.Кроме того, команда разработала реагенты SHERLOCK, которые позволяют еще проще и быстрее отличать несколько родственных видов вирусов (Зика, денге, Западный Нил и желтая лихорадка) друг от друга. Эти улучшения особенно полезны, когда у пациента наблюдаются общие симптомы, такие как лихорадка, которые могут быть вызваны более чем одним вирусом.
«В таких местах, как Южная Америка, много похожих вирусов циркулируют одновременно, и наличие диагностики, которая может быстро определить разницу, имеет решающее значение», — говорит Фрейе. «С помощью этого нового анализа пациент может сдать один образец крови или мочи, его можно проанализировать всего по нескольким реакциям, чтобы определить, какой вирус он содержит, и затем этот пациент может начать правильное лечение».Команда также продемонстрировала острую чувствительность SHERLOCK к мутациям, возникающим только в одном нуклеотиде — например, к мутациям, которые могут придать вирусу лекарственную устойчивость или большую инфекционность. В данной статье исследователи разработали тесты, которые могут обнаружить мутацию вируса Зика, связанную с микроцефалией.«Примерно через неделю после того, как эта конкретная мутация была описана в литературе, у нас была запущена и запущена диагностика, и мы смогли обнаружить ее в образцах пациентов, собранных во время недавней вспышки вируса Зика», — вспоминает Мирвольд. «Это действительно видение — иметь возможность рассказать кому-то не только о том, какой вирус у него есть, но также о характеристиках этого конкретного штамма и его происхождении».
Чтобы обеспечить широкую доступность SHERLOCK во время вспышек, Брод разрабатывает структуру, обеспечивающую легкий доступ к диагностической платформе SHERLOCK в развивающихся странах, где потребность в быстрой, недорогой, надежной диагностике на местах является наиболее острой.