침으로 코로나19 진단하는 기기

엔지니어들은 약 한 시간 안에 타액 샘플에서 SARS-CoV-2를 감지할 수 있는 작은 탁상 장치를 설계했습니다. 진단은 현재 사용되는 PCR 검사만큼 정확합니다. 이 장치는 현재 순환하고 있는 일부 SARS-CoV-2 변이체와 연결된 특정 바이러스 돌연변이를 감지하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이 결과는 또한 1시간 이내에 얻을 수 있으므로 특히 유전자 시퀀싱 시설에 접근할 수 없는 지역에서 바이러스의 다양한 변이체를 훨씬 더 쉽게 추적할 수 있습니다.

새로운 진단 장치는 약 15달러에 조립할 수 있지만 장치를 대규모로 생산한다면 그 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

새로운 진단은 CRISPR 기반 도구인 SHERLOCK을 기반으로 합니다. 시스템의 구성 요소에는 특정 표적 RNA 서열의 검출을 허용하는 RNA 가이드 가닥과 이러한 서열을 절단하고 형광 신호를 생성하는 Cas 효소가 포함됩니다. 모든 분자 구성 요소는 장기 보관을 위해 동결 건조될 수 있으며 물에 노출되면 다시 활성화됩니다.

연구원들은 RNA와 같은 핵산을 파괴하는 타액 뉴클레아제라는 효소를 비활성화하는 중요한 전처리 단계를 통합했습니다. 샘플이 장치에 들어가면 열과 두 가지 화학 시약에 의해 뉴클레아제가 비활성화됩니다. 그런 다음, 바이러스 RNA를 추출하고 막을 통해 타액을 통과시켜 농축합니다.

그런 다음 이 RNA 샘플을 동결 건조된 CRISPR/Cas 구성요소에 노출시키며, 이는 장치 내에서 밀봉된 물 패킷의 자동 천공에 의해 활성화됩니다. one-pot 반응은 RNA 샘플을 증폭한 다음 표적 RNA 서열이 있는 경우 이를 감지합니다.

연구원들은 각각 다른 표적 RNA 서열을 찾는 최대 4개의 모듈을 가질 수 있도록 최소 계측 SHERLOCK(miSHERLOCK)이라고 부르는 장치를 설계했습니다. 원래 모듈에는 SARS-CoV-2 변종을 감지하는 RNA 가이드 가닥이 포함되어 있습니다. 다른 모듈은 B.1.1.7, P.1 및 B.1.351을 포함하여 지난 해에 발생한 일부 변이체와 관련된 돌연변이에만 해당됩니다.

연구원들이 이 연구를 수행할 당시 Delta 변종은 아직 널리 보급되지 않았지만 시스템이 이미 구축되어 있기 때문에 해당 변종을 감지하는 새 모듈을 설계하는 것이 간단해야 합니다. 시스템은 또한 바이러스를 더 감염시킬 수 있는 새로운 돌연변이를 모니터링하도록 쉽게 프로그래밍할 수 있습니다.

연구원들은 먼저 합성 SARS-CoV-2 RNA 서열이 첨가된 인간 타액으로 장치를 테스트한 다음 바이러스에 양성 반응을 보인 환자의 약 50개 샘플로 테스트했습니다. 그들은 이 장치가 현재 사용되는 금 표준 PCR 테스트만큼 정확하다는 것을 발견했습니다. 이 테스트는 비강 면봉이 필요하고 결과를 산출하기 위해 더 많은 시간과 훨씬 더 많은 하드웨어 및 샘플 처리가 필요합니다.

이 장치는 육안으로 볼 수 있는 형광 판독값을 생성하고 연구원들은 결과를 읽고 더 쉽게 추적할 수 있도록 공중 보건 부서에 보낼 수 있는 스마트폰 앱도 설계했습니다. 연구원들은 장치당 $2~$3의 저렴한 비용으로 장치를 생산할 수 있다고 생각합니다.