Микрофлюидная платформа на основе CRISPR-Cas13 выявляет вирусные патогены

Исследователи из Института Бродов (MIT и Гарвард) опубликовали статью в Nature, в которой сообщили о разработке платформы для масштабируемого мультиплексированного обнаружения патогенов, которую назвали CARMEN (Combinatorial Arrayed Reactions for Multiplexed Evaluation of Nucleic acids). На платформе CARMEN используются капли с реагентами для детекции нуклеиновых кислот объемом около нанолитра, которые самоорганизуются в массиве микролунок и в процессе детекции сливаются с каплями, содержащими амплифицированные фрагменты вирусной РНК.

Каждый образец тестируется на наличие РНК, комплементарной одной из 169 используемых crRNA, содержащихся в каплях с реагентами. Описанная в статье модификация платформы CARMEN работает при помощи нуклеазы Cas13 (CARMEN-Cas13), поэтому для ее работы не нужны gRNA, достаточно более коротких crRNA. Команда ученых разработала платформу для тестирования образцов всех известных вирусов человека до появления SARS-CoV-2, а этот вирус добавила в панель для тестирования после начала пандемии.

Платформа CARMEN-Cas13 представляет собой версию платформы SHERLOCK (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing. При разработке SHERLOCK исследователи усовершенствовали РНКазную способность Cas13, используя его совместно с другим белком системы CRISPR, нуклеазой Csm6, которая усиливает сигнал. Сообщалось, что SHERLOCK способен обнаруживать вирус Зика и вирус денге в концентрациях вплоть до 1 копии на мкл.

Микрофлюидная технология, которую исследователи использовали для создания CARMEN, была впервые разработана в 2018 году в лаборатории Пола Блейни, доцента MIT и соавтора статьи. Исследователи создали чипы размером со смартфон, содержащие десятки тысяч микролунок, каждая из которых рассчитана на пару капель объемом в нанолитр. Для детекции используется две сливающиеся капли: одна содержит генетический материал из образца, а другая — реагенты, предназначенные для обнаружения вируса.

Эффективность CARMEN-Cas13 сравнили с «золотым стандартом» тестирования — с секвенированием Illumina. Результаты применения обоих методов совпадали на 97%, а платформа CARMEN-Cas13 оказалась даже более чувствительной за счет точности и специфичности детекции последовательностей нуклеиновых кислот при помощи Cas13.

«Нынешняя пандемия только подчеркнула, что скорость и чувствительность методов имеют большое значение для диагностики, наблюдения и описания инфекции у населения. Потребность в инновационной диагностике, которая применимой при больших объемах тестирования, никогда не была такой острой», — утверждает Чери Акерман, профессор Гарвардского университета и соавтор статьи в Nature.

Ранее мы писали о создании теста на коронавирус на основе платформы DETECTR, использующей другой Cas-белок — Cas12a. Этот тест, разработанный в Калифорнийском университете (Сан-Франциско) и компании Mammoth Bioscience, также отличается высокой точностью результатов. Методы SHERLOCK и DETECTR были независимо и практически одновременно созданы двумя сторонами «войны» за патенты на редактирование геномов с помощью CRISPR — лабораторией Фэна Чжана в Институте Бродов (MIT, Гарвард) и исследователями из Медицинского института Говарда Хьюза и Калифорнийского университета под руководством Дженнифер Дудны.