SARS-CoV-2 게놈 해독 – 진단 테스트

"테스트, 테스트, 테스트!" COVID-19 전염병을 통제하기 위해 널리 선전되는 슬로건입니다. 세계 보건 기구 및 전 세계의 기타 연방/주 기관은 모두 이 친숙한 캐치프레이즈를 공개했습니다. 실제로 인구를 신속하게 테스트하는 것은 COVID-19와 같은 전염병을 통제하기 위한 초석입니다.

광범위한 테스트는 질병의 추가 확산을 방지할 수 있는 공중 보건 전략을 구현하기 위한 합리적인 기반을 제공합니다. 이를 통해 당국은 사회적 거리두기, 집에 머물기, 그리고 극단적인 경우 통행 금지와 같은 완화 정책에 대해 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다. COVID-19와 같은 공기 매개 질병의 여파로 이러한 중요한 공중 보건 이니셔티브는 의료 시스템에 대한 압력을 줄이고 인명을 구하는 데 매우 중요합니다.

지놈 기반 분석은 SARS-CoV-2에 특정한 테스트 키트를 설계하는 열쇠입니다. 이는 DNA 기반 키트(PCR, 등온 증폭, CRISPR)를 설계하거나 혈청학적 검출을 위한 항원을 생성하는 경우입니다. . 글로벌 비영리 단체가 상업적으로 이용 가능한 모든 SARS-CoV-2 테스트 목록을 수집했습니다. 여기에서는 현재 사용 중인 두 가지 주요 기술인 DNA 기반 테스트와 항체 기반 테스트에 대해 설명합니다.

DNA 기반 테스트

코와 인후 면봉에서 채취한 바이러스 유전 물질에 대해 수행된 현재 COVID-19 테스트는 RT-PCR(역전사 중합효소 연쇄 반응)이라는 일반적인 분자 생물학 기술을 사용합니다. 또 다른 테스트는 Abbot Labs에서 개발한 최신 등온 핵산 증폭 기술을 사용합니다. ¹ . 두 테스트 모두 매우 민감합니다. 그들은 SARS-CoV-2 바이러스에 특정한 게놈 영역을 증폭함으로써 작동합니다. 이 증폭은 바이러스 서열에 상보적인 한 쌍의 올리고뉴클레오티드(프라이머라고도 함)에 의해 시작됩니다.

현재 RT-PCR 방법은 코와 인후 면봉에서 바이러스 RNA를 추출하고 RNA를 DNA로 역전사한 후 PCR 반응을 하는 방법입니다. PCR 방법은 주형을 변성시키고 주형의 상보적 서열에 짧은 프라이머를 어닐링하는 온도 순환 전략을 사용합니다. 중합효소 효소에 의해 촉진되는 프라이머-주형 복합체의 확장은 표적 앰플리콘의 지수적 증폭을 유도합니다. 결과는 몇 시간 내에 얻을 수 있습니다. PCR 방법에 대한 자세한 프로토콜은 WHO와 CDC가 공유합니다. 반대로 Abbott 연구소의 등온법은 열 순환의 제약이 없으며 COVID-19에 대한 긍정적인 결과는 5분 만에 얻어지고 부정적인 결과는 13분 안에 얻어집니다 ¹ .

비교 게놈 분석을 통해 확인된 SARS-CoV-2의 고유 영역은 DNA 기반 키트에 사용되는 프라이머 또는 프로브를 설계하기 위한 고유한 마커 역할을 합니다. SARS-CoV-2는 거의 30,000개 염기의 게놈을 가진 단일 가닥 RNA 바이러스입니다. 바이러스 게놈은 4가지 구조 단백질, 즉 엔벨로프(E), 멤브레인(M), 뉴클레오캡시드(N) 및 스파이크(S) 단백질을 암호화합니다.

비교 게놈 분석은 SARS-CoV-2에 고유한 다른 영역을 확인했습니다. 염기서열의 고유성은 모든 염기서열분석된 게놈의 글로벌 저장소인 GenBank 데이터베이스에서 BLAST(Basic Local Alignment Search Tool) 알고리즘을 사용하여 유사한 염기서열을 검색함으로써 검증됩니다. ORF1ab, N, RdRp 및 S와 같은 유전자의 고유 영역은 현재 SARS-CoV-2 RT-PCR 진단에서 프라이머로 사용됩니다 ² , Abbott의 ID NOW™ COVID-19 신속한 테스트는 RdRp 유전자를 표적으로 합니다.

지평의 새로운 방법

인기 있는 유전자 편집 기술인 CRISPR은 인구 테스트를 위한 확장 가능한 옵션으로 간주됩니다. 이 방법은 특정 유전자 서열을 인식하고 절단하는 CRISPR 기계의 능력을 사용합니다. CRISPR은 또한 바이러스 유전 물질의 존재를 신속하게 나타낼 수 있는 반응에 추가된 리포터 분자를 절단합니다. CRISPR 기반의 셜록(SHERLOCK)은 1시간 안에 결과를 낼 수 있는 종이 딥스틱 방식으로 설명된다. SHERLOCK은 MIT와 Harvard의 Broad Institute의 Feng Zhang이 공동 개발했습니다. ³ . University of California, Berkeley의 Jennifer Doudna가 개발한 또 다른 방법은 DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans을 사용하여 등온 사전 증폭을 대신합니다. 코로나바이러스에 대한 기자(DETECTR). DETECTR은 30분 안에 결과를 제공할 수 있습니다. ⁴ .

시퀀스 기반 방법은 환자의 바이러스 존재 여부에 대한 중요한 정보, 특히 공중 보건 및 안전 정책을 개발할 때 중요한 정보를 제공합니다. 미국에서는 현재 COVID-19 증상을 보이는 사람들만 테스트합니다. 그러나 COVID-19와 같은 질병으로 무증상자가 지역사회에 바이러스를 퍼뜨릴 수 있는 심각한 위협이 있습니다.

사람이 이미 SARS-CoV-2에 감염되었고 면역력이 생겼는지 어떻게 알 수 있나요?

항체 기반 검사

항체 검사는 이미 감염되었고 아마도 면역이 있는 무증상 개인을 식별합니다. 항체 검사는 또한 전체 인구를 선별하고 지역사회 확산에 대한 두려움을 완화하기 위한 최선의 전략입니다. 항체 결과가 양성인 개인은 현재 미국에서 테스트 중인 접근법인 COVID-19 환자에게 주입할 수 있는 잠재적인 혈장 공급원이 될 수도 있습니다.

항체 검사는 바이러스에 중요한 단백질(예:바이러스 외피 단백질)에 대한 지식이 필요합니다. 이상적으로는 면역 체계를 촉발하는 바이러스 단백질이 바이러스에 플래그를 지정하거나 중화시키는 항체 생산을 시작하기 때문에 가장 좋은 후보입니다. 그런 다음 실험실에서 바이러스 단백질의 해당 부분 또는 섹션을 생산하고 항체의 존재를 감지하는 ELISA와 같은 면역분석에 포함하기 위해 세포주에 형질감염시켜야 합니다.

이러한 면역 분석은 잠재적으로 COVID-19와 같은 질병에 대한 면역을 감지하기 위한 가정 테스트 키트의 기초를 형성할 수 있습니다. 그러나 이러한 키트를 개발하는 데는 시간이 걸립니다. 이 과정에서 가장 어려운 병목 현상은 단백질 또는 단백질 세그먼트를 올바른 형태로 표현하는 것입니다.

SARS-CoV-2 스파이크 단백질은 고유한 영역이 거의 없기 때문에 진단 개발을 위한 한 가지 잠재적인 방법을 제시합니다. 여러 팀이 S 단백질의 수용체 결합 도메인을 테스트하고 있고 일부 팀은 전체 스파이크 단백질을 조사하고 있습니다 ² . 다른 잠재적인 후보로는 뉴클레오캡시드 단백질과 S 단백질이 있습니다. FDA는 다양한 항체 검사 방법을 평가하고 있으며 최근에 첫 번째 검사를 승인했습니다. 이는 인구 중 얼마나 많은 사람들이 면역력을 가지고 있는지 확인하는 데 도움이 될 것입니다. ⁵ .

오늘날의 COVID-19 대유행 속에서 DNA 기반 및 항체 기반 진단 테스트는 SARS-CoV-2 바이러스를 억제하고 완화하기 위해 채택한 공중 보건 이니셔티브에서 결정적인 차이를 만들고 있습니다. "곡선을 평평하게"하기 위해 노력할 때 신속한 테스트가 중요합니다.

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SARS-CoV-2에 대한 새로운 통찰력을 제안하는 모델링 및 시뮬레이션 SARS-CoV-2 게놈 해독 – 기원