Cómo CRISPR ayuda a los científicos a crear una mejor prueba de coronavirus

Las pruebas de amortiguación funcionan, pero son lentas y la suciedad se acumula en los centros de pruebas. ¿Podría una prueba CRISPR súper rápida resolver estos problemas?

En este punto, si desea saber si tiene Covid-19, debe colocarse un hisopo en la nariz, enviar la muestra a un laboratorio y luego esperar. Enviar, probar y devolver un resultado puede llevar horas en el mejor de los casos y días en el peor, y los laboratorios del Reino Unido ya llegan muy tarde.

Este tipo de prueba funciona, pero todo el tiempo en el laboratorio significa que es lento. Las nuevas pruebas en desarrollo que utilizan la edición de genes CRISPR han sido admitidas como una solución potencial, entregando un resultado en minutos en el punto de atención, o incluso en el hogar.

CRISPR son las siglas de Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats, pero eso realmente no explica el descubrimiento hecho por la bioquímica Jennifer Doudna en 2012. Editar genes era posible, pero increíblemente difícil antes de que ella y su colaboradora Emmanuelle Charpentier descubrieran una forma de programar una proteína conocida. el nombre de Cas9 actúa como una herramienta de corte y pegado para eliminar o modificar fragmentos de ADN.

Entonces, cuando se produjo la pandemia de Covid-19 a principios de este año, los investigadores, incluido Doudna, cambiaron rápidamente su actividad CRISPR para abordar el brote. Había trabajado durante mucho tiempo en la aplicación de CRISPR a los diagnósticos a través de su laboratorio de Berkeley, así como de las empresas que fundó, Caribou Biosciences y Mammoth Biosciences, esta última ahora desarrollando una prueba COVID. “Como muchas otras cosas, el inicio de la pandemia acaba de acelerar el ritmo de todos”, dice.

En la actualidad, la mayoría de los ensayos de Covid-19 son PCR o reacciones en cadena de la polimerasa, que convierten las muestras de ARN viral monocatenario en ADN bicatenario y luego lo amplifican en cantidades más grandes que son más fáciles de detectar. “Y es bueno, pero necesita tecnología específica, enzimas especiales y ciclos de calor que puedan elevar y bajar las temperaturas con precisión muy rápidamente”, dice Colin Butter, profesor asociado de la Universidad de Lincoln.

Las pruebas basadas en CRISPR en el trabajo de Mammoth no requieren un laboratorio, un técnico o este cambio de temperatura. “No se necesita toda esta tecnología para subir y bajar la temperatura, porque es una reacción isotérmica”, dice Butter. “Puede suceder muy fácilmente en una situación de campo”. Además, son mucho más rápidos, duran solo 20 minutos y son mucho más económicos.

La prueba creada por Mammoth usa tecnología CRISPR, pero en lugar de programar una proteína para encontrar un pequeño gen para cortar, la detecta. El sistema, llamado DETECTR, empareja una proteína Cas12, que normalmente corta y pega la edición de genes, con una guía de ARN que parece un virus. Cuando se introduce en una muestra de pacientes, si encuentra una coincidencia, la proteína comienza a cortar no solo el ARN coincidente, sino también todo el ARN que puede encontrar que incluye un ARN informador que se ha agregado a la muestra.

Todo se somete a un sistema de detección de flujo, similar a una prueba de carga, que tiene filtros para detener los ARN que informan de la longitud en una posición si no hay virus o cortes en una posición diferente si hay Sars-Cov-2 presente, lo que da una resultado que se puede leer a partir de una línea en la hoja de papel. Todo significa que la prueba no tiene que enviarse a un laboratorio para su procesamiento y proporciona un resultado que puede ser leído por una persona no capacitada en 20 minutos, dice Doudna.

La buena noticia es que la prueba se detalló en un artículo revisado por pares en Nature en abril, y Mammoth trabajó con GSK para producir las pruebas en mayo. La versión de laboratorio recibió una autorización de emergencia de la FDA en los EE. UU. A fines de agosto. Doudna dice que las pruebas que utilizan este enfoque se usarán inicialmente en laboratorios, pero el objetivo final es una prueba casera, que la compañía dijo que podría estar disponible para fin de año. El retraso está relacionado con la creación del formato de prueba, que incluye cómo recolectar una muestra para aquellos de nosotros que no estamos acostumbrados a empujarnos un tampón en la nariz.

Esto es esencial porque las muestras tomadas incorrectamente conducen a falsos negativos con las pruebas Covid-19; si no llega al lugar correcto, puede obtener claridad sobre cuándo está realmente infectado. Hay esperanzas de que tales pruebas funcionen con la saliva, facilitando el proceso para los usuarios domésticos, pero el trabajo de Mammoth con GSK es una versión de tampón en la nariz. Los resultados de estas pruebas pueden ser tan fáciles de interpretar como una prueba de embarazo casera, pero obtener una muestra precisa es mucho más difícil que orinar en un palito.

Mammoth no es la única empresa que compite para crear una prueba basada en CRISPR. Su rival CRISPR Sherlock Biosciences, cofundado con Feng Zhang de Harvard y MIT, fue el primero en obtener la aprobación de emergencia de la FDA de EE. UU. Y funciona de manera similar a DETECTR de Mammoth, aunque utiliza una proteína CAS diferente. Una proteína Cas13 se asocia con una guía de ARN para detectar el virus; si encuentra una coincidencia, tritura el ARN, incluida una cadena de informes, y se realiza mediante una prueba de embarazo, con un resultado fácil de leer.

Es una tecnología prometedora, pero hasta ahora las pruebas de Sherlock y Mammoth solo están diseñadas para funcionar en laboratorios y solo están aprobadas por autorización de emergencia para su uso en entornos de laboratorio. Hasta que se cree y apruebe una versión para el hogar o para el cuidado, esto no resuelve los bloqueos actuales creados por la entrega a un laboratorio de procesamiento. Si bien Doudna cree que habrá una prueba de cuidado disponible este año, el hecho de que ninguna de las empresas haya sido aprobada para pruebas en el hogar muestra que hay más trabajo por hacer.

Incluso si estas pruebas funcionan, el hecho de que aún no estén listas podría dejarlas fuera de servicio a largo plazo. “A veces las cosas se salen de control con los acontecimientos”, dice Butter. “Y ahora las pruebas de PCR finalmente se intensifican y hay pruebas de puntos de atención, por lo que la utilidad sería en general un problema para adoptar la tecnología”.

Si tales pruebas CRISPR funcionan, podrían detectar posibles enfermedades, permitiendo que alguien con resfriado se dé cuenta de si tiene Covid-19, gripe o ambos, una característica que se volverá cada vez más importante a medida que la pandemia se propague durante la temporada de gripe. Esta es una necesidad inmediata que surge para poder distinguir entre diferentes tipos de infecciones, dice Doudna. Nuevamente, las pruebas aprobadas hasta ahora son solo para Covid-19, y se requerirá un mayor desarrollo y autorización antes de que las pruebas duales de influenza-coronavirus estén en los estantes de las farmacias, aunque podría haber solo dos pruebas, una para cada enfermedad. .

Hay otro beneficio en el desarrollo del diagnóstico CRISPR: Doudna dice que si una prueba Sars-Cov-2 funciona, debería funcionar con otros virus, lo que significa que todo el esfuerzo frenético para crear estas herramientas de diagnóstico será beneficioso en la próxima pandemia siempre que ocurra. tierras. “Podemos usarlo para detectar coronavirus, pero podemos cambiarlo fácilmente para reconocer otros tipos de virus”, dice.

Hay otras formas en las que CRISPR ahora ayuda a combatir este coronavirus. Rupert Beale es investigador en el Francis Crick Institute, donde usa CRISPR para comprender mejor cómo funciona y se propaga Sars-CoV-2.

En febrero, el investigador y su laboratorio comenzaron a analizar qué genes eran necesarios para la replicación de Sars-CoV-2. “En términos generales, lo que está haciendo es eliminar todos los genes del genoma mediante CRISPR”, dice. Esto permite a los investigadores ver si eliminar un gen ayuda a replicar un virus o evita que se reproduzca.

El objetivo es estudiar los aspectos del ciclo de vida del virus y compararlo con otros coronavirus estacionales. Esto podría ayudar a comprender la dinámica de transmisión, dice, o el rango potencial del huésped al analizar, digamos, las proteínas del pangolín. “Estamos realmente ansiosos por comprender cómo Sars-CoV-2 causa inflamación y cómo se relaciona con cómo desvía ciertas vías celulares”, agrega. Todo esto se podría hacer con técnicas diferentes a CRISPR, agrega, pero esto es más fácil y rápido.

En el futuro, las tecnologías CRISPR podrían utilizarse para tratamientos. Investigadores de la Universidad de Stanford estaban trabajando en formas de usar CRISPR para combatir la gripe, pero giraron en torno al coronavirus cuando golpeó la pandemia, asociando una enzima que mata virus con ARN guía en un esfuerzo por mezclar con el código genético en SARS-VOC-2 , con la esperanza de evitar que se reproduzca.

El problema es la entrega, porque no es una tarea pequeña conseguir un sistema CRISPR dentro de un cuerpo humano: los diferentes componentes son simplemente demasiado grandes para tener acceso a sus células objetivo, por lo que se buscan variantes más pequeñas, al igual que versiones editadas que se reducen a un tamaño más liviano y sistemas de entrega que transportan el sistema a la ubicación correcta. “El desafío de usar CRISPR como tratamiento para una infección viral, como un coronavirus, es que es difícil ver cómo podemos transmitirlo a las células de un paciente infectado”, dice Doudna. “Este es solo un desafío fundamental para todo el campo de la edición de genes: cómo podemos entregar CRISPR a células y tejidos”.

Los investigadores de Stanford están trabajando con Molecular Foundry en Berkley en un posible sistema de entrega que utiliza moléculas sintéticas llamadas lipitoides para transportar los sistemas necesarios a los pulmones donde vive Sars-CoV-2, pero hasta que se resuelva este enorme desafío, es poco probable que CRISPR sea útil como cura para Covid-19.

Doudna cree que está muy lejos. Pero esta es la línea plateada de la masacre de Covid-19: la presión de una pandemia ha acelerado la ciencia al concentrar los esfuerzos de los investigadores. “Creo que hace unos meses no podíamos haber imaginado lo rápido que se está moviendo ahora”, dice Doudna.

Para Covid-19, el ritmo más rápido de desarrollo del diagnóstico CRISPR y la aprobación regulatoria podría brindarnos pruebas caseras que no tienen que enviarse al laboratorio, lo que nos da una respuesta en minutos si estamos infectados, lo que nos permite volver a trabajo, viajes y todo lo demás que nos falte en la cerradura. Pero mientras tanto, tendremos que esperar a que nuestros hisopos regresen del laboratorio.

Jennifer Doudna será una de las oradoras en DyN Noticias Health: Tech el 22 de septiembre, un evento que explora las tendencias de salud aceleradas por Covid-19. Los oradores incluyen a Heidi Larson, directora y fundadora de The Vaccine Confidence Project, y al científico y autor Eric Topol. Los boletos comienzan en solo 40 GBP + IVA. Reserve sus entradas aquí.

Actualizado el 16.09.2020 a las 5:20 BST: Se eliminó una referencia inexacta a una prueba casera CRISPR

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