La tecnología de diagnóstico basada en CRISPR detecta rápidamente diferentes variantes de COVID y otros patógenos
Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
Investigadores del Instituto Broad del MIT y de la Universidad de Harvard y Princeton han desarrollado una tecnología basada en CRISPR que puede diferenciar rápidamente entre omicron, delta y otras variantes de COVID-19, así como otros virus respiratorios, incluida la gripe. El equipo utilizó el método, conocido como mCARMEN, durante el comienzo de la oleada de omicron en diciembre de 2021 para obtener una visión provisional de la creciente prevalencia de la variante en Massachusetts. Con base en esos resultados, el Departamento de Salud Pública de Massachusetts (MDPH) compartió esta información con los hospitales del estado para ayudar a guiar las opciones de tratamiento para los pacientes con COVID-19.
Para diseñar mCARMEN, los investigadores adaptaron CARMEN, la tecnología de diagnóstico basada en CRISPR desarrollada en Broad en 2020, para que sea más rápida, más sensible y más fácil de implementar en laboratorios clínicos y de vigilancia, con el objetivo de utilizar la plataforma optimizada. más ampliamente durante futuros brotes de SARS-CoV-2 u otros patógenos.
mCARMEN, un acrónimo de «microfluidic Combinatorial Arrayed Reactions for Multiplexed Evaluation of Nucleic acids», se describe en Nature Medicine.
«La pandemia de COVID-19 nos muestra que necesitamos más pruebas, con más frecuencia, especialmente al comienzo de una pandemia», dijo el coautor principal Cameron Myhrvold, quien ayudó a desarrollar CARMEN como investigadora posdoctoral en Broad y ahora es profesor asistente de biología molecular en la Universidad de Princeton. «COVID-19 nos muestra que seguirán surgiendo virus desafiantes, por lo que debemos seguir buscándolos y encontrar mejores formas de hacerlo».
«Ha sido maravilloso trabajar en este gran proyecto de colaboración ”, dijo la primera autora del estudio, Nicole Welch, estudiante de posgrado en el Programa de Virología de la Universidad de Harvard y en el laboratorio de Pardis Sabeti en el Broad. «Estamos entusiasmados de que ya esté marcando la diferencia en esta pandemia y esperamos ver su uso continuado para mejorar la salud pública».
CARMEN V1
Investigadores en los laboratorios de Sabeti y el miembro del núcleo de Broad, Paul Blainey, desarrollaron por primera vez la plataforma CARMEN utilizando chips de microfluidos personalizados y moléculas de ARN guía basadas en CRISPR que pueden detectar secuencias específicas en el material genético de un patógeno. En un estudio de 2020, demostraron que CARMEN podía identificar un solo tipo de virus en más de 1000 muestras a la vez, o buscar más de 160 virus diferentes, incluido el virus COVID-19, en una pequeña cantidad de muestras.
Sin embargo, la plataforma CARMEN original requiere equipo personalizado, implica un flujo de trabajo manual intensivo de 8 a 10 horas y ofrece un rendimiento más bajo que el que se necesita durante una pandemia. Para responder mejor a las amenazas para la salud pública, como la aparición de nuevas variantes del SARS-CoV-2, los investigadores refinaron la tecnología en 2021 para hacerla más útil desde el punto de vista clínico y permitirle detectar múltiples virus y variantes rápidamente.
El equipo adaptó CARMEN para trabajar en la plataforma de instrumentación y microfluidos Fluidigm disponible comercialmente, lo que facilita su ejecución y reduce el tiempo de ejecución a la mitad. Los investigadores también optimizaron el flujo de trabajo para una mayor sensibilidad, de modo que pueda detectar patógenos en muestras con menos material genético. Además, al usar las enzimas Cas12 y Cas13 basadas en CRISPR en combinación, mCARMEN no solo puede detectar la presencia de un virus, sino también medir la cantidad de virus en una muestra, información que puede indicar la capacidad de un paciente para infectar a otros o si un tratamiento es necesario. trabajando.
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En su último estudio, los científicos demostraron que mCARMEN podía distinguir entre 21 virus respiratorios humanos diferentes en muestras de pacientes, incluido el SARS-CoV-2, otros coronavirus, y cepas de influenza, funcionando tan bien como la tecnología CARMEN original. Trabajando con socios en el Hospital General de Massachusetts, demostraron aún más la capacidad de mCARMEN para detectar y distinguir entre una serie de virus respiratorios humanos en muestras de pacientes.
Permitir que mCARMEN diagnostique pacientes y monitoree variantes emergentes de COVID-19 , los investigadores también desarrollaron una forma para que la plataforma rastree los cambios en el virus SARS-CoV-2. Idearon un «panel de identificación de variantes» de ARN guía basados en CRISPR que reconocen más de dos docenas de mutaciones en la proteína de punta del virus. Cada variante tiene un patrón único de estas mutaciones que puede servir como una «huella digital» para la variante en una muestra. Con este panel, el equipo demostró que mCARMEN puede buscar estas huellas dactilares y distinguir entre seis linajes variantes del SARS-CoV-2, incluidos delta y omicron, con tanta precisión como se puede hacer con la secuenciación viral.
Los investigadores decir que mCARMEN también puede ayudar a marcar nuevas variantes. Si aparece una huella dactilar mutacional viral desconocida en una muestra, puede indicar que puede estar surgiendo una nueva variante, lo que se puede confirmar con una secuenciación viral más profunda.
En asociación con los Centros para Enfermedades de EE. UU. Control and Prevention y el MDPH, el Instituto Broad ha estado realizando secuenciaciones virales a gran escala para respaldar la vigilancia genómica de COVID-19 desde marzo de 2021. Con la aparición de la variante omicron a fines de 2021, el MDPH solicitó que Broad use mCARMEN para analice especímenes de COVID-19 de todo Massachusetts y proporcione un análisis preliminar más rápido de la prevalencia de omicron para el conocimiento de la situación de salud pública. A fines de diciembre de 2021, Genomics Platform entregó un subconjunto de muestras positivas para COVID de su flujo de trabajo de vigilancia viral al equipo que desarrolla la plataforma mCARMEN.
El equipo de mCARMEN usó su plataforma para procesar casi 1000 muestras en un día y generar rápidamente una imagen de las variantes que circulan dentro del estado. Estimaron que omicron había sido la variante dominante de COVID-19 en Massachusetts desde mediados de diciembre. Además de demostrar la capacidad de la plataforma para generar rápidamente información a partir de una cantidad relativamente pequeña de muestras, el hallazgo también tuvo un impacto en tiempo real en la respuesta de COVID del estado. MDPH pudo comunicarse con los hospitales del área y aconsejarles que al usar anticuerpos monoclonales para tratar a pacientes con COVID-19, ahora deberían elegir los que se adapten mejor a omicron que a delta u otras variantes.
«Con la tecnología rápida de mCARMEN tiempo de respuesta, podríamos ayudar a respaldar esa respuesta inmediata de salud pública», dijo Welch. «El brote de omicron muestra la necesidad de un diagnóstico que brinde más información que las pruebas estándar basadas en PCR, sin el costo o el tiempo requerido con la secuenciación viral».
mCARMEN requeriría aprobación regulatoria para usarse para diagnosticar pacientes . Por ahora, el equipo continúa utilizando la tecnología en colaboración con colegas de Genomics Platform, CDC y MDPH para monitorear omicron y otras variantes de COVID-19. A medida que surgen nuevas variantes, pueden agregar fácilmente nuevos paneles de mutaciones variantes al flujo de trabajo de mCARMEN, para saber qué está circulando y respaldar las respuestas de salud pública.
El equipo también está trabajando con los departamentos de salud pública de todo el país y más allá. utilizar mCARMEN para la vigilancia del virus en esas regiones. Además, están apoyando a investigadores colaboradores que están desarrollando nuevas aplicaciones de la plataforma más allá de la pandemia de COVID-19, como detectar y discriminar infecciones bacterianas y monitorear la resistencia a los antibióticos.
«Nuestra esperanza es difundir este mucho más ampliamente», dijo la coautora principal Pardis Sabeti, miembro del instituto Broad, profesora de la Universidad de Harvard e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes. «Con esta actualización de la plataforma CARMEN, podemos diseñar paneles para una variedad de usos, lo que nos ayudará a prepararnos para la próxima amenaza de enfermedades infecciosas».
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El estudio revisado por pares de EE. UU. sobre los resultados de los pacientes con Omicron revela diferencias significativas en el comportamiento de la infección. Más información: Nicole L. Welch et al, Plataforma de microfluidos basada en CRISPR multiplexada para pruebas clínicas de virus respiratorios e identificación de variantes de SARS-CoV-2, Nature Medicine (2022). DOI: 10.1038/s41591-022-01734-1 Información de la revista: Nature Medicine
Proporcionado por Broad Institute of MIT y Harvard Cita: Tecnología de diagnóstico basada en CRISPR rápidamente detecta diferentes variantes de COVID y otros patógenos (2022, 8 de febrero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-crispr-based-diagnostic-technology-rapidly-covid.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.