Новая лицевая маска определяет коронавирус на лету.
Тест-маска для диагностики коронавируса SARS-CoV-2. (Фото: MIT)
Открыть в полном размере
Обнаружить у себя коронавирус можно с помощью ПЦР-теста. Из носоглотки берут образец слизистой и ищут в нём вирусную РНК (коронавирусы относятся к РНК-вирусам, то есть свою генетическую информацию они хранят не в ДНК, а в РНК). Сначала на вирусной РНК, если она есть, синтезируют ДНК-копию, а потом уже синтезированную ДНК многократно размножают. Если вирус в носоглотке действительно был, то после всех реакций мы получим большое количество ДНК, соответствующей вирусной РНК, и эту ДНК можно увидеть с помощью специального детектора. Если вируса не было, на выходе не будет ничего. ПЦР-тест чрезвычайно чувствителен, то есть может засечь даже очень небольшое количество вируса. Но делают его в лаборатории специально обученные люди, и занимает он несколько часов – и это если ещё нет очереди на анализ.
Другой вариант – тест на антиген, или, проще говоря, на вирусный белок. Образец обрабатывают антителами против вирусного белка; антитела особым образом модифицированы, так что когда они связываются с белком, они посылают сигнал. Этот тест не требует специального оборудования и специальных людей, он намного быстрее, чем ПЦР-тест, но зато и намного менее чувствителен. Ещё один вариант – анализ крови на наши собственные антитела к вирусу. Но здесь многое зависит от того, как наш иммунитет отреагировал на инфекцию; кроме того, антитела в любом случае появляются не мгновенно.
Сотрудники Массачусетского технологического института и Института Висса предлагают использовать в качестве теста на коронавирус метод молекулярной диагностики, разработанный несколько лет назад. Мы тогда рассказывали про него: метод называется SHERLOCK, и основан он на системе генетического редактирования CRISPR/Cas. Подробно про CRISPR/Cas можно узнать из нашей статьи. Суть её в том, что специальный бактериальный фермент программируют искать конкретный участок в клеточной ДНК или РНК, когда фермент находит свою мишень, он разрезает здесь нуклеиновую кислоту.
Собственно, режущий фермент – это белок Cas. Точнее, белки, поскольку их довольно много, и все с разными свойствами. Среди них есть совершенно особый белок под названием Cas13a, который режет РНК. Характерная особенность его в том, что, найдя мишень и «надкусив» РНК, он далее начинает разрушать абсолютно любые РНК, что встречаются у него на пути. Теперь представим, что человек заразился каким-то вирусом. В образец для анализа, взятый у пациента, мы вносим фермент Cas13a, который запрограммирован искать РНК нашего вируса. Но кроме Cas13a, мы еще вносим постороннюю РНК, к которой пришита светящаяся метка. Пока РНК целая, метка на ней не светится, но когда РНК с ней разрушается, метка начинает светиться.
Если в образце есть вирус, фермент его найдет, расщепит, и после этого, как мы только что сказали, набросится вообще на любые РНК, которые найдет – и тогда наша аналитическая смесь световым сигналом покажет, что в образце есть инфекция. Систему, как было сказано, назвали SHERLOCK – specific high sensitivity enzymatic reporter unlocking, то есть «специфичное и высокочувствительное ферментативное разблокирование (unlocking) метки (reporter)».
Медицинских приложений у SHERLOCK’а может быть очень много. Его можно нацелить на бактериальную или раковую РНК или ДНК, узнать, есть ли в ДНК раковые мутации, определить, какая бактерия поселилась в организме и как у неё обстоят дела с устойчивостью к антибиотикам. И когда появился SARS-CoV-2, то вполне естественно, что авторы SHERLOCK’а решили приспособить его для диагностики нового вируса.
Реакционную систему SHERLOCK’а можно лиофилизировать, то есть специальным образом заморозить и высушить. В таком виде тест-система остаётся стабильной несколько месяцев. Чтобы она заработала, нужно просто её смочить. В сушёном виде SHERLOCK можно нанести на бумагу или ткань, причём лучше всего тут подходит полиэфирное волокно. Нужно только ограничить участок с молекулярным датчиком силиконовым эластомером, чтобы реакционная смесь оставалась сухой до тех пор, пока не придёт время ей работать, и чтобы она не расползалась по сторонам.
В статье в Nature Biotechnology исследователи описывают лицевую маску с вмонтированным SHERLOCK’ом, настроенным на SARS-CoV-2. Молекулярный датчик расположен так, чтобы чувствовать дыхание человека, но не наружный воздух (хотя его можно расположить на другой стороне маски, чтобы, наоборот, ловить вирус снаружи). На датчике есть небольшая ёмкость с водой: когда мы хотим сделать анализ, то нажимаем на кнопку, вода освобождается и смачивает бумагу с реакционной смесью. На анализ уходит около 90 минут. Есть варианты, когда датчик меняет цвет, и это можно увидеть невооружённым глазом, а есть варианты, когда в датчике начинает светиться люминесцентная краска, и нужно специальное устройство, чтобы поймать её свечение. По словам авторов работы, тест-маска работает с той же чувствительностью, что и ПЦР-тест, притом быстрее, и никакого специального оборудования и специально обученного персонала тут не нужно. На всякий случай стоит сказать, что маска с SHERLOCK’ом не предназначена для постоянного ношения, её нужно надевать и включать, когда собираешься проверить себя на коронавирус. Возможно, тест-маска станет распространённым средством диагностики коронавируса, если только не окажется для этого слишком дорогой.