《Nat Protocol:新技术有助于COVID-19的快速移动化检测》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2020-10-09
  • 在最近一项研究中,科学家们开发出了一种有助于快速提取和分析遗传物质的技术,可用于在移动状态下开展COVID-19测试,包括在机场和远程测试中心。

    昆士兰大学教授吉米·博特拉(Jimmy Botella)和迈克尔·梅森(Michael Mason)博士开发的“Dipstick”技术可在短短30秒内提取遗传物质,并在40分钟内完成完整的分子诊断。

    Botella教授说:“目前,该过程是通过使用大型,昂贵的商业装置来实现的,这些装置需要多步操作程序和专门的实验室设备。相比之下,我们的技术非常便宜,几乎可以在任何地方使用,而无需专业设备或实验室。

    “我们的技术可以从患者样品中纯化DNA和RNA核酸,这是COVID-19诊断的关键一步。

    “与我们开发的便携式诊断仪相结合,该诊断仪适合您的手,并可以通过汽车的点烟器接口提供动力,我们可以更快地识别和隔离阳性患者,从而有助于减少疾病的传播。我们希望它将用于将COVID-19诊断测试扩展到非实验室环境,例如机场,远程测试中心和GP诊所。”

    该过程可用于从大多数活生物体(包括人,牲畜,细菌和病毒)中提取遗传物质。迈克尔·梅森(Michael Mason)博士说,研究小组已经在其他领域应用了该技术,主要用于对抗植物病原体。梅森博士说:“我们已经成功地使用了该技术来识别与新鲜农产品和重要农作物有关的疾病,这些疾病对于养活世界上一些最贫穷的人们至关重要。即使是在偏远地区,例如巴布亚新几内亚的孤立种植园,我们也已经成功地使用了该技术来识别杀死椰子树的病原体。”

  • 原文来源:https://medicalxpress.com/news/2020-10-tech-faster-cheaper-mobile-covid-.html;https://www.nature.com/articles/s41596-020-0392-7;https://news.bioon.com/article/6779309.html
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    • 编译者:hujm
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    • 败血症因机体对感染反应失调,从而导致危及生命和进展迅速的器官功能障碍。败血症与COVID-19具有多种共同的临床表现,包括发热、呼吸困难、心率加快[1],从而给诊断带来了困难。 罹患SARS-CoV-2合并感染时,因患者可能同时感染SARS-CoV-2病毒以及一种或多种其他病原体,会导致先天性和适应性免疫反应,在某些重症情况下,这些反应可能会变为功能失调,进而导致严重的肺部和全身性病理状态[2]。因重症COVID-19肺炎引起的肺部损伤和免疫反应失调会使这些患者遭遇细菌、真菌或其它病毒继发性感染的风险上升。此外,存在基础性疾病的患者一旦被感染,可能更易引发严重的COVID-19疾病。 快速诊断对于识别并确诊此类感染、进而尽快确定正确的治疗方案至关重要。但由于COVID-19具有多种不同的临床表现,准确区分具有共同临床特征的合并感染(如败血症)会存在难度,因此,对COVID-19患者的合并感染进行快速检测、准确识别致病病原体以开展有效治疗非常重要。 患者诊断与治疗所面临的挑战 当有合并感染的情况下,多种因素会使对患者的诊断与治疗问题复杂化。发生SARS-CoV-2原发感染时,继发感染更容易被忽视和漏诊,尤其是当有症状重叠时。因此,对COVID-19患者进行其它感染性疾病的细致检测至为关键。值得注意的是,危重COVID-19患者在重症监护病房(ICU)中的院内感染风险更高,应进行仔细监测,需要快速做出治疗决定,特别是在面临多重耐药性(MDR)微生物感染的情况下。 虽然报告的COVID-19住院患者发生细菌、真菌及病毒合并感染的几率相对较低[3],但一旦出现,则可能导致严重疾病且预后较差。例如,有多项研究报告称,在入住ICU的患者中继发性感染的发生率较高[4,5], 并且,与未发生继发性感染的患者相比,被确诊为继发性感染的患者出院率更低、死亡率更高[6] 。研究人员仍在试图确定这一结果是否是由以下因素导致的:包括较长时间入住ICU、同时服用多种药物(如抗生素、免疫调节剂)、重症COVID-19本身引发的免疫损害效应,或其它因素[7]。 败血症 败血症的高发病率和人们对这种疾病的低认识水平,使其成为全球公共医疗系统的较大负担。长期卧床和持久抗菌治疗相关的恶果不仅会损害患者的健康,而且还会增加医院的成本。使用广谱抗生素治疗是治疗败血症的第一步。虽然这些药物有助于控制感染,如果不能明确微生物的身份并提供针对性抗菌药物,败血症的严重程度可能会迅速增加。 据报道,血流感染约占ICU获得性败血症和败血症性休克病例的20%[8], 而更多研究表明,住院的重症COVID-19患者,尤其是使用呼吸机的ICU住院患者出现继发性感染的风险更高[9]。大多数入住ICU的SARS-CoV-2感染患者都表现出宿主反应失调,其特征是过度炎症、凝血功能改变,以及导致多器官衰竭(败血症的常见临床特征)的免疫反应失调。 入住ICU的COVID-19患者发生败血症存在两种机制。首先,许多重症COVID-19患者均符合《第三版败血症定义国际共识》(Sepsis-3),它将败血症定义为“当机体对感染的反应损害宿主自身组织时出现的一种危及生命的状况”[10],因此,SARS-CoV-2病毒感染可能是败血症的最常见病因。其次,可能最容易被忽视的是,与细菌、真菌或其它病毒的合并感染可能会导致血流感染和败血症。 根据一项多中心研究报告,COVID-19重症患者在ICU住院7天后,其ICU血流感染风险高于非COVID-19重症患者,这与COVID-19重症患者使用IL-1或IL-6受体拮抗剂有关[11]。凝固酶阴性葡萄球菌是COVID-19患者ICU血流感染中最常见的微生物。虽然大多数病例的感染源不明,但导管和肺部途径是最常见的已知来源。 临床上需要更好地理解这三者之间的关系:由SARS-CoV-2引起失调或介导、并导致败血症的分子机制,可能导致院内获得性细菌或真菌败血症的COVID-19患者合并感染的危险因素,COVID-19相关败血症对发病率和死亡率的影响。 据报道,败血症性休克致死的患者中,使用不当抗菌药物的约占90%,而使用适当抗生素的患者死亡率则降低了五倍[12]。如果将其转换到现行COVID-19背景下,临床医生可以通过对罹患败血症的COVID-19患者迅速提供靶向抗菌治疗,从而显著改善治疗效果。 近年来,革兰氏阴性和革兰氏阳性病原菌中多重耐药性的威胁在全球范围内不断增加,影响了院内获得性和社区获得性感染。COVID-19的流行对抗菌素管理造成了风险,这是由于尽管未发现细菌感染,许多因严重疾病住院的患者都接受了抗生素作为经验性治疗。加上ICU住院患者发生严重继发性感染和败血症的风险更高,导致抗菌素耐药性(AMR)病原体的加速出现。 识别并诊断合并感染 在败血症病例中,正确且及时的临床决策取决于能否快速、准确地识别出败血症病例中的致病病原体。尽管培养法仍然是“黄金标准”,但分子分析正越来越多地被用作更快捷的替代方法。应用于阳性血培养(PBC)的多重PCR检测已被证明可以缩短优化抗生素方案(当鉴定出致病菌时,就可以相应增加、减少、甚至停止抗生素治疗)的时间,但未减少死亡率和住院时间[13]。 但这种方法受制于PCR探针的数量,还需要专业知识以及微生物学家与临床医生之间的有力合作。基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)是一种可靠的用户友好型解决方案,可用于直接鉴定PBC中的微生物,并能快速检测耐药表型。 展望 败血症是机体免疫反应的结果,在试图抵抗感染时会破坏组织和器官,并可能带来毁灭性后果。如果迅速给予恰当的治疗,患者可以完全康复,但对症状认识不足以及未能及时确定病原体可能会导致严重影响生命的情况,甚至死亡。研究表明,恰当的治疗每延迟一小时,存活率就会降低7.6%。[14] 科学界正在通过尽可能多地了解疾病如何传播、如何影响人们和社区、感染后对机体的长期影响以及与其它病原体同时感染的发生率,来应对COVID-19的持续威胁。微生物学家、流行病学家、病毒学家和病理学家开展了大量研究,调查了SARS-CoV-2的结构、感染机制、COVID-19疾病途径及其如何以不同方式影响个体患者,研究了COVID-19的长期影响等。最近则在研究并追踪可能导致新病毒变异的突变。此外,还有更多研究正在展开,以更好地了解诊断和管理败血症等合并感染的挑战。 然而,这些研究尚处于早期阶段,目前还不清楚合并感染如何影响临床结果,或现有感染是否会使个体对COVID-19的抵御能力更差。快速识别继发性病原体并诊断此类合并感染,对于确定正确的治疗过程并改善患者预后至关重要。微生物检测和鉴定工具,例如布鲁克提供的MBT Sepsityper® IVD Kit,不仅有助于研究发现,而且允许临床微生物学家做出快速和知情的治疗决定,对COVID-19危重患者来说,这可能事关生死。 作者简介 Philip Perry是Bruker Daltonics GmbH & Co. KG微生物和诊断业务领域的营销与产品管理副总裁,与同事、客户及临床合作伙伴共同为复杂的诊断问题提供解决方案。 参考文献 DHMOSH - Public Health Unit, "COVID-19: Differential Diagnosis and Co-infections", 23 June 2020. [Online]. Available: https://www.un.org/sites/un2.un.org/files/coronavirus_guidancecoinfections.pdf. [Accessed 07 April 2021]. M. Z. Tay, C. M. Poh, L. Rénia et al., "The trinity of COVID-19: Immunity, inflammation and intervention", Nat Rev Immunol, vol. 20, pp. 363-374, 2020. T. M. Rawson, R. C. Wilson and A. Holmes, "Understanding the role of bacterial and fungal infection in COVID-19", Clinical Microbiology and Infection, vol. 27, pp. 9-11, 2021. M. Ripa, L. Galli, A. Poli et al., "Secondary infections in patients hospitalized with COVID-19: incidence and predictive factors", vol. 27, no. 3, 2021. T. Bardi, V. Pintado, M. Gomez-Rojo et al., "Nosocomial infections associated to COVID-19 in the intensive care unit: clinical characteristics and outcome", Eur J Clin Microbiol Infect Dis, vol. 40, pp. 495-502, 2021. H. Zhang, Y. 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  • 《基于sherlock的一步检测提供了快速、灵敏的COVID-19检测》

    • 来源专题:人类遗传资源和特殊生物资源流失
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2020-05-12
    • 来自麻省理工学院麦戈文大脑研究所、麻省理工学院布罗德研究所、哈佛大学拉根研究所和霍华德休斯医学研究所的一组研究人员开发了一种新的诊断平台,名为STOP (SHERLOCK Testing in One Pot)。该测试可以在一小时内以最小的处理速度进行单步反应,这使得基于crispr的夏洛克诊断技术更接近于一种现场或家庭测试工具。该测试尚未得到FDA的审查或批准,目前仅用于研究目的。 今年1月,在了解到一种对中国医疗体系构成挑战的新病毒的出现后,该团队开始开发针对COVID-19的测试。该小组基于sherlocbased的COVID-19诊断系统的第一个版本已经在泰国的医院中使用,以帮助筛查患者的COVID-19感染。 新测试名为“STOPCovid”,基于STOP平台。在研究中,它已被证明能够快速、准确和高度敏感地检测COVID-19病毒SARS-CoV-2,方法很简单,只需要很少的培训,并使用简单、现成的设备,如试管和水浴。 STOPCovid已在研究环境中得到验证,使用的是诊断为COVID-19的患者的鼻咽拭子。它也已经在唾液样本中被成功测试,作为原理的证明,SARS-CoV-2 RNA已经被添加到唾液样本中。 该小组今天在新网站STOPCovid.science上发布了开放协议。根据哈佛大学、麻省理工学院和斯坦福大学组织的COVID-19技术获取框架,它正在被公开提供。该框架建立了一种模式,通过这种模式,有助于预防、诊断或治疗COVID-19感染的至关重要的技术可以立即用于最大的公共利益。 迫切需要进行广泛、准确的COVID-19检测,以便迅速发现新病例,最好不需要专门的实验室设备。这样的检测将能够及早发现新的感染,并推动有效的“测试跟踪隔离”措施,以迅速遏制新的疫情。然而,由于对复杂程序和实验室仪器的要求以及对有限供应的依赖,目前的检测能力受到了限制。STOPCovid不需要提取RNA就可以进行,虽然所有的患者测试都使用了来自鼻咽拭子的样本,但初步实验表明,最终可能不需要拭子。消除这些障碍可能有助于实现广泛的分配。 “能力测试COVID-19在家里,甚至在药店或地方就业,可以改变安全让人们重返工作岗位,进入他们的社区,”冯说张CRISPR基因组编辑技术的发明者之一,麦戈文脑研究所的一位研究员和霍华德·休斯医学研究所的,广泛的研究所和一个核心研究所成员。“创建一个护理点工具是一个至关重要的目标,它能及时做出决定,保护病人和他们周围的人。” 为了满足这一需求,张、麦戈文的同事Omar Abudayyeh和Jonathan Gootenberg以及他们的同事发起了开发STOPCovid的行动。他们正在分享他们的发现和包装试剂,以便其他研究团队可以迅速跟进,进行额外的测试或开发。该组织还分享了StopCOVID上的数据。科学网站和通过提交的预印本。该网站也是一个公众可以找到有关车队发展的最新信息的集散地。 STOPCovid还没有被FDA批准,目前正用于研究目的。 冯章讨论了《神探夏洛克》在SARS-CoV-2中的应用。该视频制作于2020年2月,描述了该团队基于sherlock的COVID-19诊断的第一版的细节。 它是如何工作的 斯托科维德试验结合了CRISPR酶和互补的扩增试剂,这种酶被编程用来识别SARS-CoV-2病毒的特征。这种组合允许在一个样本中检测到至多100个SARS-CoV-2病毒副本。因此,STOPCovid检测能够快速、准确和高灵敏度地检测COVID-19,并且可以在临床实验室环境之外进行。 STOPCovid已在患者鼻咽拭子上与临床验证试验并行进行测试。在这些头对头的比较中,STOPCovid检测感染的敏感性为97%,特异性为100%。在没有任何昂贵或专业的实验室设备的情况下,检测结果会出现在类似于怀孕测试的易读纸条上。此外,研究人员在健康唾液样本中加入模拟SARS-CoV-2基因组,并证明STOPCovid能够从唾液中敏感地检测到,这将消除对供应短缺的拭子的需要,并可能使取样变得更容易。 “测试旨在最终是足够简单,任何人都可以操作它在资源匮乏的地区,包括诊所、药房,或工作场所,它甚至有可能是投入的交钥匙格式使用在家里,”奥马尔说Abudayyeh,麦戈文麻省理工学院麦戈文脑研究所研究员。 McGovern的同事Jonathan Gootenberg补充道:“由于STOPCovid可以在不到一小时的时间内完成工作,并且不需要任何专门的设备,如果我们在唾液中测试合成病毒的初步结果能够在患者样本中得到验证,那么我们就可以解决大规模测试的需求,从而重新开启我们的社会。” 重要的是,完整的测试——病毒基因组的扩增和随后的检测——可以在一个单一的反应中完成,如网站上概述的,从拭子或唾液。为了实现这一目的,研究小组测试了许多CRISPR酶,以找到一种与进行扩增的酶所需的温度相同的酶。Zhang、Abudayyeh、Gootenberg和他们的团队,包括研究生Julia Joung和Alim Ladha,确定了一种名为AapCas12b的蛋白质,这是一种来自嗜酸杆菌的CRISPR蛋白质,负责“变质”橙汁的味道。通过AapCas12b,该团队能够开发出一种可以在恒定温度下进行的测试,并且不需要在测试过程中打开管道,这一步骤通常会导致污染和不可靠的测试结果。 信息共享和下一步 该团队已经准备了10000个测试的试剂,与世界各地想要评估STOPCovid测试潜在诊断用途的科学家和临床合作者免费共享,他们还建立了STOPCovid网站。科学与科学和临床社区分享最新的数据和更新。