Transportabel, hurtig DNA-test kan påvise ebola og andre patogener

Ved at bruge tekniske fremskridt, der endnu ikke var udviklet, da ebola-udbruddet i 2014 begyndte, UC San Francisco-ledede videnskabsmænd afsluttede en proof-of-principle undersøgelse af en blodprøve i realtid baseret på DNA-sekventering, der kan bruges til hurtigt at diagnosticere ebola og andre akutte infektioner. Forskerne sagde, at testen kan bruges, selv hvor laboratorieplads og medicinsk infrastruktur er knap.

Charles Chiu, MD, PhD, lektor i laboratoriemedicin ved UCSF, ledet et hold, der opdagede de genetiske fingeraftryk af ebola i lagrede blodprøver fra to afrikanske patienter, der havde akut hæmoragisk feber, at fuldføre diagnosen inden for fem timer efter åbning af prøverne - selve DNA-sekventeringen tog kun 10 minutter.

De fleste kommercielt tilgængelige eller forskningsbaserede genetiske diagnostiske tests retter sig mod specifikke patogener. Men Chiu og UCSF-kolleger har været banebrydende teknikker, der ikke kræver, at formodede patogener identificeres på forhånd for at opdage deres unikke genetiske fingeraftryk. Denne uvildige tilgang til at analysere alt DNA i en klinisk prøve uden at vide, hvilke arter der er til stede, som blev brugt til Ebola-detektion, kaldes "metagenomisk" analyse.

For at opnå så hurtige resultater udviklede forskerne ny analyse- og visualiseringssoftware og brugte den på en bærbar computer til at udnytte en ny DNA-sekventeringsteknologi kendt som nanopore-sekventering.

I samme sæt eksperimenter, udgivet online i Genom Medicin den 28. september, forskerne var i stand til at opdage Chikungunya-virus, fra et Puerto Ricansk udbrud, lige så hurtigt i en blodprøve fra en donor uden symptomer, men som til sidst rapporterede at have feber og ledsmerter. I et andet eksempel på teknikkens kraft, påvisning af hepatitis C-virus i blod fra en inficeret UCSF-patient, til stede i en meget lavere koncentration end de andre vira, tog kun 40 minutter fra starten af ​​sekventeringen.

"Denne point-of-care genomiske teknologi vil være særligt attraktiv i udviklingslandene, hvor kritiske ressourcer, inklusive pålidelig elektrisk strøm, laboratorieplads, og beregningsserverkapacitet, er ofte stærkt begrænsede, " sagde Chiu.

Mange virksomheder udvikler nanopore-teknologi, som adskiller individuelle nukleinsyrer ved de karakteristiske forstyrrelser, de skaber i elektriske strømme, når de individuelt passerer gennem mikroskopiske porer. Chius laboratoriegruppe var en af ​​de første til at betale $1, 000 for adgang til en eksperimentel DNA nanopore-sequencer lavet af Oxford Nanopore Technologies, kaldet MinION. Enheden er lille nok til at passe i håndfladen og drives af en USB-forbindelse til en bærbar computer.

Sidste år, ved at bruge en lignende metagenomisk tilgang til patogendetektion, Chiu slog sig sammen med UCSF-kolleger for at løse et medicinsk mysterium, der blev fremhævet i en New England Journal of Medicine casestudie. Forskerne brugte deres software og en anden DNA-sekventeringsteknologi til at analysere alt DNA i en spinalvæskeprøve, førte til diagnosen af ​​en usædvanlig, men behandlelig bakteriel årsag til hjernebetændelse hos en kritisk syg Wisconsin-dreng, hvis helbred havde været forværret i flere måneder.

Den tidligere analyse tog to dage. Påvisningen af ​​ebola i den nye undersøgelse var hurtigere, fordi nanopore-sekventering giver data med det samme og i realtid, i modsætning til den teknologi, der blev brugt i Wisconsin-sagen, hvilket tager meget længere tid at levere data til analyse.

Nanopore-teknologi er ny og stadig fejltilbøjelig, Chiu sagde, men hastighed og nøjagtighed forbedres i et hurtigt tempo. Med den tid, der kræves til DNA-sekventering, analyse og rapportering er nu skåret ned til minutter, Chiu har sat sigte på at strømline og automatisere prøveforberedelsestrinnet, som stadig tager flere timer, til brug i både kliniske laboratorie- og feltmiljøer.

"Så vidt vi ved, dette er første gang, at nanopore-sekventering er blevet brugt til metagenomisk påvisning i realtid af patogener i komplekse kliniske prøver i forbindelse med humane infektioner, " sagde Chiu. "Uvildig point-of-care test for patogener ved hurtig metagenomisk sekventering har potentialet til radikalt at transformere infektionssygdomsdiagnose i både kliniske og offentlige sundhedsmiljøer."