휴대용 타액 검사, PCR 정확도로 1시간 내 코로나19 감지

엔지니어들이 타액 샘플로 SARS-CoV-2를 약 1시간 만에 감지할 수 있는 소형 탁상용 장치를 설계했다. 이 진단은 현재 사용되는 PCR 검사만큼 정확하다. 이 장치는 현재 유행하는 SARS-CoV-2 변이와 연관된 특정 바이러스 돌연변이도 감지할 수 있다. 이 결과도 1시간 내 얻을 수 있어, 유전자 염기서열 분석 시설이 없는 지역에서 다양한 변이 추적을 훨씬 쉽게 만들 수 있다.

새 진단 장치는 약 15달러로 조립 가능하지만 대량 생산 시 비용은 크게 낮아질 수 있다.

새 진단은 SHERLOCK, CRISPR 기반 도구에 기반한다. 시스템 구성요소에는 특정 표적 RNA 서열 감지를 허용하는 RNA 가이드 가닥과 그 서열을 절단해 형광 신호를 생성하는 Cas 효소가 포함된다. 모든 분자 구성요소는 동결건조해 장기 보관 가능하고 물에 노출되면 재활성화된다.

연구자들은 타액 내 핵산(RNA)을 파괴하는 타액 뉴클레아아제 효소들을 비활성화하는 중요한 전처리 단계를 통합했다. 샘플이 장치에 들어가면 열과 두 화학 시약으로 뉴클레아아제들이 비활성화된다. 그런 다음 타액을 멤브레인을 통과시켜 바이러스 RNA를 추출하고 농축한다.

이 RNA 샘플은 장치 내 밀봉된 물 패킷의 자동 천공으로 활성화되는 동결건조 CRISPR/Cas 구성요소에 노출된다. 원팟 반응이 RNA 샘플을 증폭한 뒤 표적 RNA 서열이 있으면 감지한다.

연구자들은 장치를 '최소 기구 SHERLOCK(miSHERLOCK)'이라 명명했으며, 최대 4개 모듈을 장착해 각각 다른 표적 RNA 서열을 찾을 수 있게 했다. 원래 모듈은 모든 SARS-CoV-2 변종을 감지하는 RNA 가이드 가닥을 포함한다. 다른 모듈들은 작년 발생한 변이 관련 돌연변이(B.1.1.7, P.1, B.1.351)에 특화되어 있다.

연구 당시 델타 변이는 아직 널리 퍼지지 않았지만 시스템이 이미 구축돼 있어 해당 변이 감지용 새 모듈 설계가 간단할 것이다. 시스템은 바이러스를 더 전염성 있게 만들 수 있는 새로운 돌연변이 모니터링용으로도 쉽게 프로그래밍 가능하다.

연구자들은 먼저 합성 SARS-CoV-2 RNA 서열을 첨가한 인간 타액으로 장치를 테스트했고, 양성 판정받은 환자 약 50개 샘플로도 테스트했다. 현재 금표준 PCR 검사만큼 정확함을 확인했다. PCR은 비강 면봉이 필요하고 더 많은 시간과 하드웨어, 샘플 처리를 요구한다.

장치는 육안으로 볼 수 있는 형광 판독값을 생성하며, 연구자들은 결과를 읽고 공중보건 부서로 전송해 추적을 쉽게 하는 스마트폰 앱도 설계했다. 연구자들은 장치 생산 비용이 2~3달러까지 낮아질 수 있다고 믿는다.