在數千人能夠再次湧向海灘和棒球場之前，檢測是需要克服的最嚴峻障礙之一。備受讚譽的基因編輯技術 CRISPR 現在正努力幫助填補檢測方案中的漏洞。上週，研究人員在自然生物技術雜誌上發表了一項研究 ，描述了一種新型冠狀病毒的新檢測方法，該病毒導致 COVID-19，該方法使用該技術在約 40 分鐘內給出結果。這項工作始於今年早些時候，研究合著者、加州大學舊金山分校的傳染病醫生查爾斯·邱正在研究一種基於 CRISPR 的萊姆病檢測方法。然後，SARS-CoV-2 開始了它在全球的災難性旅程，他迅速將實驗室的研究方向轉移了。
為了開發探針，邱和他在加州大學舊金山分校的同事與 Mammoth Biosciences 的研究人員合作，該公司由生物化學家和 CRISPR 共同發現者詹妮弗·杜德納共同創立。該測試使用的試劑與目前使用的基於 PCR 的 SARS-CoV-2 試劑不同，在後一種檢測所需的化學品短缺的情況下，它提供了一種潛在的替代方案。然而，一個缺點是，新方法的靈敏度，或正確提供陽性結果的能力，略低於現有測試。邱說，開發用於臨床實驗室的 CRISPR 測試大約需要兩週時間，而即時檢測版本可能在短短兩到三個月內準備就緒。大眾科學與他談論了這項技術。
[以下是採訪的編輯稿。]
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該測試如何工作？
CRISPR 是一種允許您靶向任何特定基因的技術，您可以將其幾乎視為一種分子剪刀。它可以非常快速且非常精確地識別基因，或者基本上是對應於病毒的 DNA 序列的一部分。這就是為什麼它通常被認為是基因編輯工具的原因。但是，允許我們編輯基因的相同技術也允許您檢測它們。在這種情況下，我們正在靶向 SARS-CoV-2 的基因。我們使用一種名為 CRISPR-Cas12 的蛋白質。如果它找到正確的靶標，它就會切割該靶標。透過這樣做，它會釋放一個訊號。
該測試檢測 SARS-CoV-2 上的 E（包膜）基因和 N（核衣殼蛋白）基因。您為什麼選擇靶向這些基因？
原因有幾個。特別是，N 基因是在病毒感染中表達最高的基因。換句話說，它是最常見的，因此最容易檢測到。第二個原因是 N 基因實際上與疾病控制與預防中心的 PCR 檢測靶向的靶標相同。這是食品和藥物管理局批准緊急使用授權 (EUA) 的第一個測試，因此我們只是利用了已經有一個測試靶向該基因的事實，而該基因恰好是高表達的。我們選擇 E 基因是因為它是世界衛生組織使用的靶標之一。我們的目標不是重新發明輪子，而是使用已被證明在檢測 SARS-CoV-2 中有效的相同靶標。
該測試在現有冠狀病毒檢測格局——尤其是基於 PCR 的測試中處於什麼位置？
我們離真正需要的檢測規模還差得很遠，以便確信我們可以重新出現並恢復工作。儘管有許多不同的 PCR 測試，但仍然需要大幅提高檢測的規模和速度。每個基於 PCR 的測試都使用一組通用試劑，因此容易受到其可用性短缺的影響。我們的檢測方法使用的酶和試劑與幾乎所有其他測試都不同，因此它是一種可以真正擴大檢測規模的替代方案。我們還需要允許我們在即時檢測環境中進行檢測的技術：在急診室、醫生辦公室甚至在家中。CRISPR 技術提供了一條我們最終可以做到這一點的途徑。它不需要笨重的儀器。而且試劑本身也很便宜。
您認為基於 CRISPR 的檢測會取代 PCR 檢測嗎？
我不認為會。它的靈敏度略低於現在常用的 PCR 測試。CRISPR 技術在達到可比靈敏度之前還有很長的路要走——儘管原則上，沒有理論上的理由說明我們不能。但我確實認為，當時間到來，並且它被更廣泛地採用和最佳化時，這當然是可能的，因為基於 CRISPR 的測試速度更快，並且可能更便宜。在這個特定的測試中，我們或許能夠繞過將樣本轉化為 RNA 或 DNA 的提取步驟。因此，它有可能取代傳統檢測。但這仍然是一項新技術，我不認為這種情況會在短期內發生。在短期內，它旨在成為一種補充工具。
您的方法具有 95% 的靈敏度。這對於大規模檢測來說足夠好嗎？
我認為是的。感染 SARS-CoV-2 的患者通常在最初出現症狀時具有最高的病毒載量。事實上，甚至在症狀出現之前，他們可能就具有非常高的病毒載量。在住院患者中，病毒載量隨時間波動，但通常會下降。因此，當患者症狀最輕微時，他們就具有極強的傳染性，我們需要找到一種方法來打破傳播鏈。CRISPR 的承諾在於，它可以為大部分人口提供廉價、分散的檢測方法。目前的需求不是檢測每一個低水平感染，而是以廣泛的規模實施檢測。
一些基於 PCR 的測試可以在 15 分鐘內提供結果。此測試大約需要 40 分鐘。您可以讓它更快嗎？
為了讓測試儘快推出並最大化其靈敏度，我們選擇使其更穩健。因此，步驟實際上比它們需要的要長。加快測試速度將涉及繞過提取步驟，以及縮短反應時間。我們已經能夠將檢測時間縮短到 10 分鐘，因此這絕對是可行的。問題是，您能否在保持相同靈敏度的同時做到這一點？
這是一個廉價的測試嗎？
總的來說，該測試非常便宜，因為試劑和酶可以批次生產。目前的成本將在於嘗試製造合適的平臺。如果我們能將測試包裝成廉價的一次性試劑盒，它可能會非常便宜。試劑的成本每個測試僅為幾美元。對於基於臨床實驗室的 CRISPR 測試，我們的目標是每個測試不到 1 美元，而家庭測試的成本低於 5 美元。但關鍵在於[我們]是否可以高產量、高產能地製造[它]並保持其廉價——並且仍然能夠在實驗室以外的不同環境中執行測試。
擴大檢測規模相關的技術問題是什麼？
試劑的可用性是一個問題。另一個問題僅僅涉及對集中檢測的需求。通常，您需要一個分子實驗室來執行這些儀器，因此檢測受到您可以部署的儀器數量的限制。例如，雅培 ID NOW [檢測] 是為數不多的即時檢測儀器之一。但它一次只能執行一個樣本。我們需要能夠一次執行數百個測試。除了允許您進行即時檢測外，因為反應非常快速和簡單，CRISPR [可能讓您] 潛在地在臨床實驗室中一次執行數千個樣本——並且比 PCR 更快地完成。您還可以潛在地將其分發以供家庭使用。如果在即時檢測環境或家庭環境中進行多重 CRISPR 測試由包含您所需的所有試劑的一次性試劑盒組成，則是可行的。
還有其他地方使用 CRISPR 進行傳染病檢測嗎？
是的，麻省理工學院和哈佛大學的博德研究所 [Broad Institute] 的一個小組正在開發用於 SARS-CoV-2 檢測的 CRISPR-Cas13 酶。而且由於它對診斷以及基因編輯都很有用，我們設想開發 CRISPR 既作為一種診斷工具，又作為一種療法，不僅可以檢測病毒，還可以摧毀它。
未來將此測試用於新出現的病毒有哪些潛在應用？
這項技術的偉大之處在於，這些探針可以即時設計，這意味著我們可以快速更改我們的靶標。我實際上正在與 Mammoth Biosciences 合作進行此測試，以開發一種蜱傳萊姆病測試。一旦 SARS-CoV-2 基因組序列可用，我們就從獲得序列到在兩到三週內進行功能性測試。最終，我們設想一種可針對您希望的任何靶標進行程式設計的即時檢測測試。
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