當新冠疫情最初爆發時，等待超靈敏聚合酶鏈式反應 (PCR) 檢測的實驗室結果需要數天時間是很常見的。後來，任何人、任何地點都可以使用的更快檢測方法變得廣泛可用，但準確性遠不如 PCR。新的研究為一種診斷測試鋪平了道路，它既像快速新冠檢測一樣快速簡便，又像 PCR 技術一樣準確。
研究人員已經改造了基因編輯技術 CRISPR，以識別來自病原體的遺傳物質，例如導致新冠的 SARS-CoV-2 病毒。但大多數此類努力都涉及增強或“預擴增”要測量的 DNA 或 RNA 的量——這一步驟需要特殊的裝置和培訓。
最近發表在《自然通訊》雜誌上的一項研究表明，基於 CRISPR 的檢測可以在 PCR 水平的靈敏度下檢測 SARS-CoV-2，以及危險的細菌和癌症突變，而無需預擴增。
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CRISPR 使用連線到 RNA 分子的切割酶，這些 RNA 分子與目標基因序列（在本例中，來自被檢測病原體的基因序列）相匹配。RNA“引導”酶到達目標，然後啟用酶切割該序列。但某些型別的 CRISPR 酶並不止於此；一旦啟用，它們就會繼續切割任何附近的單鏈 DNA (ssDNA)。研究人員可以透過將他們的測試設定為在 ssDNA 被切割時觸發熒光閃爍來利用這種作用，從而確認 CRISPR 的目標病原體存在。
但在該設定中，每個目標 DNA 或 RNA 分子僅啟用一種切割酶。為了增強訊號，該研究的資深作者，悉尼新南威爾士大學的生物醫學工程師 Ewa M. Goldys 和她的同事創造了微小的 DNA“奈米環”，其具有一個短的單鏈序列，該序列連線到目標序列的兩端。當呈環狀形式時，這些鏈不會觸發 CRISPR 酶。但是，在被切割後，它們會展開成線性 DNA，CRISPR 可以檢測到線性 DNA，從而啟用更多的酶，形成鏈式反應。“即使只有少量目標分子存在，這也很容易檢測到，”Goldys 說。
這種策略使基於 CRISPR 的檢測靈敏度提高了百萬倍。“去除預擴增步驟可以實現優雅、簡單的化學過程，這可能更適合即時即地護理系統，”麻省理工學院生物學家 Jonathan Gootenberg 說，他共同開發了早期的 CRISPR 診斷系統。這種新方法可以實現廉價的測試套件元件，包括類似於當前快速新冠檢測中的側向流動條——每個成本僅為幾美元。
科學家們基於奈米環的檢測檢測到了來自 SARS-CoV-2 和導致潰瘍的細菌幽門螺桿菌的遺傳物質，他們還能夠在小鼠血液和人類血漿中發現腫瘤 DNA 迴圈。此類檢測可以在 15 分鐘內完成，而 PCR 通常需要一個小時或更長時間。“我們相信我們創造了一種有現實機會超越 PCR 的技術，”Goldys 說。
該小組正在與商業夥伴合作進行病毒診斷和水中寄生蟲檢測。然而，第一款產品是一個通用奈米環盒，研究人員可以將其新增到現有的 CRISPR 檢測中以提高靈敏度。這些環帶有自己的引導 RNA，一旦環的 DNA 展開，引導 RNA 就會靶向該 DNA。
最大的障礙將是同時檢測多個目標。醫療應用通常需要此功能（通常用於檢查測試是否正常執行），但 Gootenberg 表示這將難以實現。研究人員正在調查：“我們不知道我們將如何應對[這一挑戰]，”Goldys 說，“但我們會嘗試。”