在数千人能够再次涌向海滩和棒球场之前，检测是需要克服的最严峻障碍之一。备受赞誉的基因编辑技术 CRISPR 现在正努力帮助填补检测方案中的漏洞。上周，研究人员在自然生物技术杂志上发表了一项研究 ，描述了一种新型冠状病毒的新检测方法，该病毒导致 COVID-19，该方法使用该技术在约 40 分钟内给出结果。这项工作始于今年早些时候，研究合著者、加州大学旧金山分校的传染病医生查尔斯·邱正在研究一种基于 CRISPR 的莱姆病检测方法。然后，SARS-CoV-2 开始了它在全球的灾难性旅程，他迅速将实验室的研究方向转移了。
为了开发探针，邱和他在加州大学旧金山分校的同事与 Mammoth Biosciences 的研究人员合作，该公司由生物化学家和 CRISPR 共同发现者詹妮弗·杜德纳共同创立。该测试使用的试剂与目前使用的基于 PCR 的 SARS-CoV-2 试剂不同，在后一种检测所需的化学品短缺的情况下，它提供了一种潜在的替代方案。然而，一个缺点是，新方法的灵敏度，或正确提供阳性结果的能力，略低于现有测试。邱说，开发用于临床实验室的 CRISPR 测试大约需要两周时间，而即时检测版本可能在短短两到三个月内准备就绪。大众科学与他谈论了这项技术。
[以下是采访的编辑稿。]
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该测试如何工作？
CRISPR 是一种允许您靶向任何特定基因的技术，您可以将其几乎视为一种分子剪刀。它可以非常快速且非常精确地识别基因，或者基本上是对应于病毒的 DNA 序列的一部分。这就是为什么它通常被认为是基因编辑工具的原因。但是，允许我们编辑基因的相同技术也允许您检测它们。在这种情况下，我们正在靶向 SARS-CoV-2 的基因。我们使用一种名为 CRISPR-Cas12 的蛋白质。如果它找到正确的靶标，它就会切割该靶标。通过这样做，它会释放一个信号。
该测试检测 SARS-CoV-2 上的 E（包膜）基因和 N（核衣壳蛋白）基因。您为什么选择靶向这些基因？
原因有几个。特别是，N 基因是在病毒感染中表达最高的基因。换句话说，它是最常见的，因此最容易检测到。第二个原因是 N 基因实际上与疾病控制与预防中心的 PCR 检测靶向的靶标相同。这是食品和药物管理局批准紧急使用授权 (EUA) 的第一个测试，因此我们只是利用了已经有一个测试靶向该基因的事实，而该基因恰好是高表达的。我们选择 E 基因是因为它是世界卫生组织使用的靶标之一。我们的目标不是重新发明轮子，而是使用已被证明在检测 SARS-CoV-2 中有效的相同靶标。
该测试在现有冠状病毒检测格局——尤其是基于 PCR 的测试中处于什么位置？
我们离真正需要的检测规模还差得很远，以便确信我们可以重新出现并恢复工作。尽管有许多不同的 PCR 测试，但仍然需要大幅提高检测的规模和速度。每个基于 PCR 的测试都使用一组通用试剂，因此容易受到其可用性短缺的影响。我们的检测方法使用的酶和试剂与几乎所有其他测试都不同，因此它是一种可以真正扩大检测规模的替代方案。我们还需要允许我们在即时检测环境中进行检测的技术：在急诊室、医生办公室甚至在家中。CRISPR 技术提供了一条我们最终可以做到这一点的途径。它不需要笨重的仪器。而且试剂本身也很便宜。
您认为基于 CRISPR 的检测会取代 PCR 检测吗？
我不认为会。它的灵敏度略低于现在常用的 PCR 测试。CRISPR 技术在达到可比灵敏度之前还有很长的路要走——尽管原则上，没有理论上的理由说明我们不能。但我确实认为，当时间到来，并且它被更广泛地采用和优化时，这当然是可能的，因为基于 CRISPR 的测试速度更快，并且可能更便宜。在这个特定的测试中，我们或许能够绕过将样本转化为 RNA 或 DNA 的提取步骤。因此，它有可能取代传统检测。但这仍然是一项新技术，我不认为这种情况会在短期内发生。在短期内，它旨在成为一种补充工具。
您的方法具有 95% 的灵敏度。这对于大规模检测来说足够好吗？
我认为是的。感染 SARS-CoV-2 的患者通常在最初出现症状时具有最高的病毒载量。事实上，甚至在症状出现之前，他们可能就具有非常高的病毒载量。在住院患者中，病毒载量随时间波动，但通常会下降。因此，当患者症状最轻微时，他们就具有极强的传染性，我们需要找到一种方法来打破传播链。CRISPR 的承诺在于，它可以为大部分人口提供廉价、分散的检测方法。目前的需求不是检测每一个低水平感染，而是以广泛的规模实施检测。
一些基于 PCR 的测试可以在 15 分钟内提供结果。此测试大约需要 40 分钟。您可以让它更快吗？
为了让测试尽快推出并最大化其灵敏度，我们选择使其更稳健。因此，步骤实际上比它们需要的要长。加快测试速度将涉及绕过提取步骤，以及缩短反应时间。我们已经能够将检测时间缩短到 10 分钟，因此这绝对是可行的。问题是，您能否在保持相同灵敏度的同时做到这一点？
这是一个廉价的测试吗？
总的来说，该测试非常便宜，因为试剂和酶可以批量生产。目前的成本将在于尝试制造合适的平台。如果我们能将测试包装成廉价的一次性试剂盒，它可能会非常便宜。试剂的成本每个测试仅为几美元。对于基于临床实验室的 CRISPR 测试，我们的目标是每个测试不到 1 美元，而家庭测试的成本低于 5 美元。但关键在于[我们]是否可以高产量、高产能地制造[它]并保持其廉价——并且仍然能够在实验室以外的不同环境中运行测试。
扩大检测规模相关的技术问题是什么？
试剂的可用性是一个问题。另一个问题仅仅涉及对集中检测的需求。通常，您需要一个分子实验室来运行这些仪器，因此检测受到您可以部署的仪器数量的限制。例如，雅培 ID NOW [检测] 是为数不多的即时检测仪器之一。但它一次只能运行一个样本。我们需要能够一次运行数百个测试。除了允许您进行即时检测外，因为反应非常快速和简单，CRISPR [可能让您] 潜在地在临床实验室中一次运行数千个样本——并且比 PCR 更快地完成。您还可以潜在地将其分发以供家庭使用。如果在即时检测环境或家庭环境中进行多重 CRISPR 测试由包含您所需的所有试剂的一次性试剂盒组成，则是可行的。
还有其他地方使用 CRISPR 进行传染病检测吗？
是的，麻省理工学院和哈佛大学的博德研究所 [Broad Institute] 的一个小组正在开发用于 SARS-CoV-2 检测的 CRISPR-Cas13 酶。而且由于它对诊断以及基因编辑都很有用，我们设想开发 CRISPR 既作为一种诊断工具，又作为一种疗法，不仅可以检测病毒，还可以摧毁它。
未来将此测试用于新出现的病毒有哪些潜在应用？
这项技术的伟大之处在于，这些探针可以即时设计，这意味着我们可以快速更改我们的靶标。我实际上正在与 Mammoth Biosciences 合作进行此测试，以开发一种蜱传莱姆病测试。一旦 SARS-CoV-2 基因组序列可用，我们就从获得序列到在两到三周内进行功能性测试。最终，我们设想一种可针对您希望的任何靶标进行编程的即时检测测试。
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