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CRISPR-basierter COVID-Test ist schnell, genau und kostet weniger als $1

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CRISPRs Anspruch auf Ruhm mag darin bestehen, Gene zu editieren - und die wissenschaftliche Gemeinschaft auf den Kopf zu stellen, als es das erste Mal debütierte - aber es könnte noch einen weiteren Trick im Ärmel haben.

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Jüngste Studien haben gezeigt, dass CRISPR-Instrumente das Potenzial für die In-vitro-Diagnostik haben, etwas, das chinesische Wissenschaftler genutzt haben, um einen 100% genauen COVID-19-Test zu entwickeln, der für 70 Cent in Massenproduktion hergestellt werden kann.

Gegenwärtig sind die metagenomische Sequenzierung der nächsten Generation (mNGS) und die Reverse-Transkriptions-PCR (RT-PCR) die am häufigsten verwendeten molekularen Methoden für die Diagnose von COVID-19, aber jede hat ihre eigenen Grenzen. Beispielsweise ist die Sequenzierung kostspielig und hat eine Bearbeitungszeit von fast einem Tag, während die RT-PCR spezielle Geräte erfordert und in großem Maßstab nur schwer einsetzbar ist. Da die Welt Vorkehrungen trifft, um zu einer Art Normalität zurückzukehren, steigt die Nachfrage nach schneller, empfindlicher und kostengünstiger Diagnostik.

"Ein Toolkit zur Schnelldiagnostik, das schneller als die typische RT-PCR ist, ist sehr gefragt, um die Engpässe bei der Assay-Durchlaufzeit und der Reagenzienversorgung für den COVID-19-Test zu umgehen", schreiben die Forscher in ihrer in PLOS Pathogens veröffentlichten Studie. "Um den wachsenden klinischen Bedarf zu decken, haben wir CRISPR-COVID entwickelt, einen Schnelltest zum Nachweis von SARS-CoV-2 auf der Basis von Cas13a

Durch genomische Sequenzierung identifizierten die Wissenschaftler Tieying Hou, Weiqi Zeng, Minling Yang und Wenjing Chen zwei Regionen von SARS-CoV-2, die es von anderen Krankheitserregern, einschließlich anderer Coronaviren, unterscheiden. Mit zwei Targets in der Hand nutzte das Team die Sensitivität von CRISPR/Cas - insbesondere die Programmierbarkeit von CRISPR/Cas13a -, um einen isothermischen Assay zu entwickeln, der ohne ausgeklügelte Analyseinstrumente auskommt.

Analytisch gesehen zeigte CRISPR-COVID (wie die Forscher den Assay genannt haben) in der Studie eine beinahe Einzelkopie-Sensitivität. Selbst bei Tests mit menschlichen Zellen, die mit einer Vielzahl von Mikroben als Interferenzproben infiziert waren, ergab CRISPR-COVID keinen einzigen falsch positiven Befund.

Für den diagnostischen Teil der Studie verwendeten die Forscher insgesamt 114 RNA-Proben - 61 Fälle mit Verdacht auf COVID-19 (52 bestätigt, 9 durch mNGS ausgeschlossen), 17 Fälle von SARS-CoV-2-/hCoV+ und 36 Proben von gesunden Probanden. CRISPR-COVID zeigte eine Sensitivität von 100%, indem alle 52 COVID-19 Fälle nachgewiesen wurden. In allen 62 negativen Fällen, einschließlich der hCoV-infizierten Proben, wurden keine falsch positiven Ergebnisse gefunden.

Zum Vergleich: PCR-Tests wiesen das Virus in 90 % der positiven Proben nach und benötigen 1,5 Stunden für einen vollständigen Lauf. mNGS dauert etwa 20 Stunden, einschließlich 8 Stunden Vorbereitung der Bibliothek, 10 Stunden Sequenzierung und 2 Stunden bioinformatische Analyse. Dagegen beträgt die Durchlaufzeit von CRISPR-COVID 40 Minuten, einschließlich 30 Minuten DNA-Amplifikation und 10 Minuten Cas-Reaktion.

Ein entscheidender Vorteil von CRISPR-COVID ist seine Fähigkeit, in ressourcenschwachen Umgebungen eingesetzt zu werden, die derzeit den für PCR-basierte Tests benötigten Thermocycler nicht unterstützen können. Ein weiterer Vorteil ist der Preis. Der Studie zufolge liegen die Materialkosten für einen CRISPR-COVID-Test im Forschungsmaßstab bei etwa 3,50 $, was nach Aussage der Forscher im Bevölkerungsmaßstab dramatisch auf unter 70 Cent gesenkt werden kann.

"Die derzeitige Entdeckung der kollateralen Aktivität bestimmter Mitglieder der Familie Cas bietet eine großartige Gelegenheit, sowohl die Sensitivität eines isothermen Assays als auch die Spezifität des CRISPR-Systems zu nutzen, was CRISPR-COVID nicht nur in technologischer, sondern auch in finanzieller Hinsicht als wettbewerbsfähige Alternative erscheinen lässt", schlussfolgern die Forscher.