Нова лицьова маска визначає коронавірус на льоту.
Виявити у себе коронавірус можна за допомогою ПЛР-тесту. З носоглотки беруть зразок слизової і шукають у ньому вірусну РНК (коронавіруси належать до РНК-вірусів, тобто свою генетичну інформацію вони зберігають не в ДНК, а в РНК). Спочатку на вірусній РНК, якщо вона є, синтезують ДНК-копію, а потім вже синтезовану ДНК багаторазово розмножують. Якщо вірус у носоглотці дійсно був, то після всіх реакцій ми отримаємо велику кількість ДНК, що відповідає вірусній РНК, і цю ДНК можна побачити за допомогою спеціального детектора. Якщо вірусу не було, на виході не буде нічого. ПЛР-тест надзвичайно чутливий, тобто може засікти навіть дуже невелику кількість вірусу. Але роблять його в лабораторії спеціально навчені люди, і займає він кілька годин - і це якщо ще немає черги на аналіз.
Інший варіант - тест на антиген, або, простіше кажучи, на вірусний білок. Зразок обробляють антитілами проти вірусного білка; антитіла особливим чином модифіковані, так що коли вони зв'язуються з білком, вони посилають сигнал. Цей тест не вимагає спеціального обладнання та спеціальних людей, він набагато швидший, ніж ПЛР-тест, але зате і набагато менш чутливий. Ще один варіант - аналіз крові на наші власні антитіла до вірусу. Але тут багато залежить від того, як наш імунітет відреагував на інфекцію; крім того, антитіла в будь-якому випадку з'являються не миттєво.
Співробітники Массачусетського технологічного інституту та Інституту Вісса пропонують використовувати як тест на коронавірус метод молекулярної діагностики, розроблений кілька років тому. Ми тоді розповідали про нього: метод називається SHERLOCK, і заснований на системі генетичного редагування CRISPR/Cas. Докладніше про CRISPR/Cas можна дізнатися з нашої статті. Суть її в тому, що спеціальний бактеріальний фермент програмують шукати конкретну ділянку в клітинній ДНК або РНК, коли фермент знаходить свою мішень, він розрізає тут нуклеїнову кислоту.
Власне, ріжучий фермент - це білок Cas. Точніше, білки, оскільки їх досить багато, і всі з різними властивостями. Серед них є абсолютно особливий білок під назвою Cas13a, який ріже РНК. Характерна особливість його в тому, що, знайшовши мішень і «надкусивши» РНК, він далі починає руйнувати абсолютно будь-які РНК, що зустрічаються у нього на шляху. Тепер уявімо, що людина заразилася якимось вірусом. У зразок для аналізу, взятий у пацієнта, ми вносимо фермент Cas13a, який запрограмований шукати РНК нашого вірусу. Але крім Cas13a, ми ще вносимо сторонню РНК, до якої пришита мітка, що світиться. Поки РНК ціла, мітка на ній не світиться, але коли РНК з нею руйнується, мітка починає світитися.
Якщо у зразку є вірус, фермент його знайде, розщепить, і після цього, як ми тільки що сказали, накинеться взагалі на будь-які РНК, які знайде - і тоді наша аналітична суміш світловим сигналом покаже, що в зразку є інфекція. Систему, як було сказано, назвали SHERLOCK - specific high sensitivity enzymatic reporter unlocking, тобто «специфічне і високочутливе ферментативне розблокування (unlocking) мітки (reporter)».
Медичних додатків у SHERLOCK'a може бути дуже багато. Його можна націлити на бактеріальну або ракову РНК або ДНК, дізнатися, чи є в ДНК ракові мутації, визначити, яка бактерія оселилася в організмі і як у неї йдуть справи зі стійкістю до антибіотиків. І коли з'явився SARS-CoV-2, то цілком природно, що автори SHERLOCK'a вирішили пристосувати його для діагностики нового вірусу.
Реакційну систему SHERLOCK'a можна ліофілізувати, тобто спеціальним чином заморозити і висушити. У такому вигляді тест-система залишається стабільною кілька місяців. Щоб вона запрацювала, потрібно просто її змочити. У сушовому вигляді SHERLOCK можна нанести на папір або тканину, причому найкраще тут підходить поліефірне волокно. Потрібно тільки обмежити ділянку з молекулярним датчиком силіконовим еластомером, щоб реакційна суміш залишалася сухою до тих пір, поки не прийде час їй працювати, і щоб вона не розповзалася обабіч.
У статті в Nature Biotechnology дослідники описують лицьову маску з вмонтованим SHERLOCK'ом, налаштованим на SARS-CoV-2. Молекулярний датчик розташований так, щоб відчувати дихання людини, але не зовнішнє повітря (хоча його можна розташувати на іншому боці маски, щоб, навпаки, ловити вірус зовні). На датчику є невелика ємність з водою: коли ми хочемо зробити аналіз, то натискаємо на кнопку, вода звільняється і змочує папір з реакційною сумішшю. На аналіз йде близько 90 хвилин. Є варіанти, коли датчик змінює колір, і це можна побачити неозброєним оком, а є варіанти, коли в датчику починає світитися люмінесцентна фарба, і потрібно спеціальний пристрій, щоб зловити її світіння. За словами авторів роботи, тест-маска працює з тією ж чутливістю, що і ПЛР-тест, притому швидше, і ніякого спеціального обладнання і спеціально навченого персоналу тут не потрібно. Про всяк випадок варто сказати, що маска з SHERLOCK'ом не призначена для постійного носіння, її потрібно надягати і включати, коли збираєшся перевірити себе на коронавірус. Можливо, тест-маска стане поширеним засобом діагностики коронавірусу, якщо тільки не виявиться для цього занадто дорогою.