ابداع آزمایشی سریع برای تشخیص ویروس کرونا به کمک کریسپر

پژوهشگران مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست به‌کمک ابزار ویرایش ژن کریسپر آزمایش تشخیصی برای عفونت ابداع کرده‌اند که به‌سادگی یک تست بارداری است.

گروهی از دانشمندان نمونه‌ی اولیه‌ای از یک آزمایش را به‌منظور تشخیص نسبتا سریع و آسان ویروس کرونا توسعه داده‌اند که به‌سادگی تست بارداری نتیجه‌ی آزمایش را نشان می‌دهد. این آزمایش مبتنی‌بر نوعی فناوری ویرایش ژن به‌نام کریسپر است و پژوهشگران تخمین می‌زنند که قیمت مواد برای هر آزمایش حدود ۶ دلار باشد. فنگ ژانگ، پژوهشگری در مؤسسه‌ی برود در کمبریج ماساچوست و یکی از پیشگامان فناوری کریسپر، می‌گوید: «ما خوشحالیم که این می‌تواند راه‌حلی باشد که مردم برای اجرای آن به آزمایشگاه پیشرفته و پیچیده نیازی نداشته باشند.»

روز سه‌شنبه، دکتر ژانگ و همکارانش توضیحی درمورد دستگاه خود روی وب‌سایت مخصوص پروژه قرار دادند؛ اما روش آن‌ها هنوز به‌وسیله‌ی دانشمندان دیگر مورد بررسی قرار نگرفته و همچنین یافته‌های آن‌ها در مجله‌ی علمی منتشر نشده است که کارشناسان مستقل آن‌ را مورد بررسی قرار دهند.

دو تیم دیگر از پژوهشگران یکی در بوئنوس آیرس و دیگری در سانفرانسیسکو نیز درحال تلاش برای تولید آزمایش‌های جدید برای تشخیص ویروس با استفاده از فناوری ویرایش ژن هستند. دکتر جاشوا شارفستین، استاد سیاست بهداشت در دانشکده‌ی بهداشت بلومبرگ دانشگاه جانز هاپکینز گفت مهم است که دانشمندان به‌دنبال یافتن انواع جدیدی از آزمایش‌ها برای ویروس کرونا باشند. اما او هشدار داد که پژوهش‌های انجام‌شده تاکنون تنها یک اثبات مفهوم را ارائه داده و باید دید که عمکرد این آزمایش‌ها در شرایط دنیای واقعی نسبت‌به آزمایش‌ استانداردی که اکنون درحال استفاده بوده و باعنوان PCR یا واکنش زنجیره‌ای پلیمراز شناخته می‌شود، چگونه است. او گفت: «راه طولانی وجود دارد که از آن به یک فناوری مقیاس‌پذیر و کارآمد برسیم.»

PCR فناوری قدیمی است که حدود ۳۵ سال پیش به‌وسیله‌ی زیست‌شناسی به‌نام کری مالیس ابداع شد. این فناوری به دانشمندان این امکان را داد که قطعات DNA را که حاوی توالی خاصی هستند، پیدا کنند؛ حتی اگر آن توالی بسیار کمیاب باشد. پژوهشگران با ایجاد برچسب‌های خاصی کار خود را آغاز می‌کنند که بتواند به بخش خاصی از ماده‌ی ژنتیکی که مورد نظر آن‌ها است، متصل شود. پس از علامت‌گذاری یک قطعه، آن‌ها می‌توانند آن را تکثیر کنند. با تکرار این کار، PCR میلیون‌ها نسخه‌ی جدید از قطعه‌ی اولیه ایجاد می‌کند. یک قطعه DNA به‌تنهایی برای تشخیص بسیار کوچک است ما کشف میلیون‌ها نسخه از آن آسان‌تر است. اما اگر نمونه‌ای حاوی توالی مورد نظر نباشد، PCR چیزی تولید نمی‌کند.

دکتر مالیس در سال ۱۹۹۳ به‌خاطر اختراع PCR برنده‌ی جایزه‌ی نوبل شد. این نوآوری در پژوهش‌های زیست‌شناسی و آزمایش‌های پزشکی قانونی و موارد دیگر کاربرد زیادی دارد.

در ماه ژانویه، وقتی دانشمندان ویروس کرونای عامل کووید ۱۹ را کشف کردند، از توالی ژنتیکی آن برای ایجاد آزمایش‌های PCR برای تشخیص آن استفاده کردند. بااین‌حال، کاربرد PCR در یک همه‌گیری با معایبی همراه است. دستورالعمل آن شامل مراحل بسیاری است که معمولا به‌وسیله‌ی تکنسین‌های آموزش‌دیده انجام می‌شود.

برخی شرکت‌ها دستگاه‌های خودکفایی ابداع کرده‌اند که برای ویروس کرونا آزمایش انجام داده و طی چند دقیقه نتیجه را ارائه می‌دهد. اما برچسب قیمت دستگاه می‌تواند زیاد باشد و گاهی اوقات دسترسی به مواد شیمیایی مورد نیاز آن نیز دشوار است.

کارشناسان بهداشت عمومی می‌گویند به‌منظور بازگشایی امن شهرها، میلیون‌ها نفر باید هر روز آزمایش شوند ولی وضعیت فعلی آزمایش به مراتب کمتر از این هدف است. دکتر ژانگ و همکارانش امیدوار هستند که با آزمایش‌های مقرون‌به‌صرفه، ساده و بدون نیاز به تخصص خاص، بتوانند این شکاف را پر کنند. عمر ابودیه، از مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست و یکی از همکاران دکتر ژانگ گفت:

شما واقعا به فناوری‌های جدیدی نیاز دارید که توزیع بیشتری داشته باشند و به هزاران فرد آموزش‌دیده یا به آزمایشگاه‌های متمرکز نیازی نداشته باشند.

دکتر ابودیه، دکتر ژانگ و همکارشان جاناتان گوتنبرگ در مؤسسه‌ی مک‌گاورن مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست درحال کار روی کریسپر بوده‌اند تا ببینند آیا می‌تواند به‌عنوان چنین فناوری جدیدی کارآیی داشته باشد.

کریسپر در ابتدا چند سال پیش به‌عنوان روشی برای ویرایش دقیق DNA به شهرت رسید. این روش نیز مانند PCR با ایجاد یک برچسب مولکولی که می‌تواند به قطعه‌ی خاصی از یک ژن متصل شود، آغاز می‌شود. برچسب، آنزیمی با خود حمل می‌کند. وقتی برچسب به DNA می‌رسد، آنزیم توالی را در همان نقطه قطع می‌کند. کریسپر می‌تواند برای برش قطعه‌ای از DNA و حتی جایگزینی آن با قطعه‌ای جدید مورد استفاده قرار گیرد.

در سال‌های اخیر، دانشمندان دانش بیشتری درمورد برچسب‌ها و آنزیم‌های کریسپر به‌دست آورده‌اند. دکتر ژانگ و پژوهشگران دیگر در تلاش برای تنظیم آن به‌عنوان روشی برای تشخیص ویروس‌ها بوده‌اند. آن‌ها برچسب‌هایی را می‌سازند که روی یک ژن ویروسی قرار می‌گیرد، اما به‌جای برش ژن، وقتی آنزیم به هدف می‌رسد، سیگنالی را از خود نشان می‌دهد.

در ماه مارس، پژوهشگرانی از دانشگاه بوئنوس آیرس در آرژانتین و شرکت کسپر بیوتک در سانفرانسیسکو جزئیات آزمایشی مبتنی‌بر کریسپر را برای تشخیص ویروس کرونا منتشر کردند. آن‌ها نسخه‌ی پیش‌انتشار پژوهش خود را به‌صورت آنلاین ارسال کرده‌اند که هنوز مورد بازبینی قرار نگرفته است. ماه گذشته نیز پژوهشگرانی از دانشگاه کالیفرنیا در سان فرانسیسکو و شرکت ماموت بیوساینس آزمایش مبتنی‌بر کریسپر دیگری را در مجله‌ی Nature Biotechnology منتشر کردند.

تیم دکتر ژانگ نیز درحال کار روی آزمایش خود بوده است. کار آن‌ها برپایه‌ی پژوهشی است که سال گذشته قبل از آغاز همه‌گیری جهانی منتشر کردند. آن‌ها یک سیستم مبتنی‌بر کریسپر را برای تشخیص ویروس‌ها ایجاد کردند که آن را شرلوک نام نهادند. در اوایل سال جاری، آن‌ها آزمایش شرلوک را برای یافتن ویروس کرونا تنظیم کردند. اما آزمایش آن‌ها مانند آزمایش‌های گروه‌های دیگر به انتقال نمونه به چندین لوله برای انجام آزمایش‌های جداگانه نیاز داشت. دکتر ژانگ گفت:

این کمی مشکل‌ساز است مخصوصا اگر بخواهید مقیاس آن را افزایش دهید. بنابراین ما بر تلاش‌های خود روی تبدیل آن به چیزی که اجرای ساده باشد، تمرکز کردیم.

اخیرا پژوهشگران دریافته‌اند که چگونه می‌توان واکنش‌های زیادی را درون یک لوله‌ی واحد ترکیب کرد که به آن‌ها اجازه می‌دهد که آزمایش را سریع‌تر و ارزان‌‌تر اجرا کنند. آن‌ها این روش را استاپ‌کووید (STOPCovid) نامیده‌اند. این فرایند با قراردادن نمونه‌ها در یک لوله همراه‌با انواعی از مواد شیمیایی آغاز می‌شود که موجب شکستن ویروس می‌شود. سپس پژوهشگران از دستگاهی مانند قطره‌چکان چشمی برای انتقال بخشی از مایع به لوله‌ی دومی که حاوی مولکول‌های کریسپر است، استفاده می‌کنند. برای به پایان رساندن واکنش‌ها، لوله‌ها باید به‌مدت یک ساعت در آب دارای دمای ۶۰ درجه‌ی سانتی‌گراد قرار داده شود. پژوهشگران برای مشخص کردن حضور ویروس کرونا، رویه‌ای مشابه با یک آزمایش بارداری ابداع کردند: آن‌ها قطعه‌ای کاغذ را درون لوله فرو می‌برند. اگر دو خط روی کاغذ ظاهر شود، به‌معنای وجود ویروس کرونا است.

پژوهشگران آزمایش خود را روی نمونه‌های ۱۲ بیمار مبتلا به کووید ۱۹ مورد آزمایش قرار دادند. برای ۱۱ نفر از آن‌ها ویروس با موفقیت در سه بار تکرار آزمایش شناسایی شد. برای مورد دوازدهم، آن‌ها از سه بار آزمایش، دو بار موفق شدند. آن‌ها پنج فرد سالم را نیز مورد آزمایش قرار دادند و نتیجه‌ی همه‌ی آزمایش‌ها آن‌ها منفی بود. پژوهشگران دریافتند که این آزمایش روی سواب‌های بینی و بزاق نیز نتیجه می‌دهد.

پژوهشگران برآورد می‌کنند که قیمت مواد آزمایش به حدود ۶ دلار برسد. آن‌ها برای تولید یک کارتریج واحد که در آن دو مرحله بتواند انجام شود، درحال بررسی هستند. آن‌ها انتظار دارند که با تولید انبوه، هزینه از این حد هم کمتر شود. دکتر ژانگ و همکارانش وب‌سایتی را با دستورالعمل‌هایی برای استاپ‌کووید راه‌اندازی کرده‌اند با این امید که پژوهشگران دیگر نیز این فرایند را امتحان کرده و راه‌هایی برای بهبود آن پیدا کنند.