本文已更新，引用了作者在周三新闻发布会上的讲话。
纽约- Broad研究所的研究人员开发了一种基于crispr的分子诊断平台，使用微流体芯片用于检测人类样本中的病毒。单个芯片能够一次从1000多个样本中检测出一种病毒，或者在少量样本中搜索160多种不同的病毒，包括导致COVID-19大流行的SARS-CoV-2病毒。
在一个该研究发表于周三自然，研究人员描述了他们开发的用于核酸多路评估的组合阵列反应(CARMEN)，这是一个可扩展的多路病原体检测平台。研究人员写道，在CARMEN平台中，含有基于CRISPR的核酸检测试剂的纳米升液滴在微孔阵列中自组织，与扩增样品液滴配对，在复制中对每个样品与每个CRISPR RNA (crRNA)进行测试。
他们将CARMEN与Cas13核酸酶(CARMEN-Cas13)结合，在单个阵列上测试了超过4500个crrna -目标对。利用CARMEN-Cas13，该团队开发了一种多重分析方法，可以同时用10个或更多已发表的基因组序列区分所有169种人类相关病毒，并快速结合另一种crRNA来检测2020年COVID-19大流行的病原体。CARMEN-Cas13进一步实现了甲型流感毒株的全面分型和数十种HIV耐药突变的多重鉴定。
作者写道:“CARMEN固有的多路复用和吞吐量能力使其易于扩展，因为小型化使每次测试的试剂成本降低了[超过]三倍。”“可扩展的、高度多路复用的基于crispr的核酸检测将诊断和监测工作从高优先级样本的定向检测转移到大样本集的全面检测，极大地造福了患者和公共卫生。”
研究人员用于构建CARMEN的微流vwin德赢ac米兰合作控技术于2018年首次在远大核心成员、麻省理工学院副教授保罗·布莱尼(Paul Blainey)的实验室中开发出来，他是这项新研究的联合高级作者。据布罗德大学介绍，研究人员创造了比智能手机稍大的橡胶芯片，每个芯片都有数万个微孔，每个微孔都设计用来容纳一对纳升大小的液滴。在每一对液滴中，一个液滴含有来自样本的病毒遗传物质，另一个液滴含有用于检测病毒的试剂。
“微井芯片就像邮票一样——它是倒在模具上的橡胶。我们很容易复制并与合作者分享这项技术，”共同第一作者、布罗德大学博士后谢里·阿克曼在一份声明vwin德赢ac米兰合作中说。
Blainey补充说:“这种小型化的诊断方法节约资源，易于实现。”
研究人员用于病毒检测的特定CRISPR平台是布罗德大学张锋实验室开发的SHERLOCK(特异性高灵敏度酶促报告解锁)平台的一个版本。夏洛克是首次描述在一篇论文科学2017年4月，由张实验室的成员和同一团队共同完成发表了第二篇论文2018年3月，他描述了技术的新改进，包括通过Cas13与辅助crispr相关酶Csm6的组合，信vwin德赢ac米兰合作号灵敏度提高了3.5倍。
2018年4月，布罗德学院Pardis Sabeti实验室的研究人员在《科学》杂志上发表了一篇论文科学证明SHERLOCK可以检测寨卡病毒(ZIKV)和登革病毒(DENV)在患者样本中，浓度低至每μl 1拷贝。研究小组进一步表明，SHERLOCK可以区分2015年至2016年大流行的四种DENV血清型以及ZIKV的区域特异性菌株。
“当前的大流行只是突出表明，快速和敏感的工具对于诊断、监测和描述人群中的感染至关重要。对能够广泛应用于社区的创新诊断方法的需求从未如此迫切，”哈佛大学教授、新报告的共同高级作者Sabeti说自然研究，在一份声明中说。
“基于crispr的诊断因其可编程性、敏感性和易用性而成为一种有吸引力的工具，”共同第一作者、Broad博士后Cameron Myhrvold补充道。“现在，有了一种扩大这些诊断的方法，我们可以探索它们作为综合方法的潜力——例如，使临床医生能够看到患者是否患有多种感染，迅速排除整个疾病组，或对大量患者进行严重感染的检测。”
该团队的工作并不是第一个使用SHERLOCK作为SARS-CoV-2诊断基础的实例。今年2月，工程生物公司夏洛克生物科学(Sherlock Biosciences)告诉基因组网(GenomeWeb)，这是事实开发和测试一系列SARS-CoV-2检测方法他们几乎已经准备好发布可能是首个基于crispr的病毒诊断测试。
该公司于2019年成立，获得了Broad和哈佛大学技术发展办公室颁发的基础CRISPR和合成生物学技术许可证。该公司表示，计划使用包括CRISPR和合成生物学在内的工程生物学工具，开发新一代vwin德赢ac米兰合作分子诊断技术，以低成本快速为广泛需求提供结果。
Sherlock Bio花了一些时间开发了一系列基于Sherlock的SARS-CoV-2检测方法，然后花了一些时间寻找合作伙伴和适当的平台来发布测试。它最终与造父变星合作使用SHERLOCK设计在造父变星的GeneXpert系统上运行的测试。
在这项新研究中，Broad的研究人员旨在结合几种病原体检测方法的优点，同时消除它们的问题。测序或微阵列杂交可以提供关于病原体基因型和进化的重要信息，但由于成本考虑和样品制备的后勤需求，它们很难大规模实施。另一方面，快速、低成本的检测方法，如基于crispr的方法、基于抗原的测试、PCR或LAMP，只能在给定的反应中检测一种或少量病原体。因此，他们转向了小型化和自组织微流控技术，该技术可以实现大规模的生化和细胞分析的多路复用。vwin德赢ac米兰合作
在他们的分析中，研究人员发现CARMEN-Cas13是敏感的、特异性的和统计上稳健的。该平台检测寨卡病毒序列的灵敏度与基于SHERLOCK和pcr的灵敏度相匹配。此外，由于在研究的手稿审查过程中出现了COVID-19疫情，研究人员迅速将一项针对SARS-CoV-2的新测试纳入了CARMEN平台的冠状病毒面板，展示了这一模块化主集适应现实世界挑战的强大能力。研究人员说，使用一个mChip，可以同时对400多个样本进行冠状病毒检测。
在周三研究报告发布后的新闻发布会上，Myhrvold说，这种模块化和快速纳入新检测方法的能力是CARMEN最大的优势之一。他说:“重要的是要认识到，通过设计CARMEN的分析方法，你可以提出一组非常具体的问题，这就是与测序的区别。”虽然测序提供了大量的信息，但大量的数据可能是压倒性的和具有挑战性的工作。然而，CARMEN提供的是没有多余数据的特定信息。
为了在更具挑战性的环境中测试CARMEN，研究人员还将169种人类相关病毒与58种血浆、血清和喉咙或鼻腔拭子样本进行了评估，这些样本来自各种确诊感染的患者。每个临床样本都被视为未知样本，并与下一代测序进行比较，每个样本的测序次数超过200万次。11268年的测试,由这两种方法都可说明的,11236(99.7%)被整合。
作者写道:“我们发现CARMEN在大多数样本中识别出了已知的感染，其中NGS检测到这些病毒的任何序列，包括CARMEN和NGS在登革热和寨卡病毒测试中的完全一致。”CARMEN和NGS还可以根据它们检测CARMEN crRNA靶向的序列位点的能力进行比较，揭示CARMEN在测试的crRNA靶标中，在每个序列位点的基础上比NGS更敏感。CARMEN的整体检测灵敏度，特别是对多样化的病毒，可以通过添加crrna来覆盖更多的位点和/或具有序列多样性的位点来提高。”
该小组总结说，未来有可能部署针对区域和疫情的检测小组，以测试来自选定人群的数千个样本，包括动物病媒介、动物宿主或有症状的患者。
在新闻发布会上，Blainey说，该团队正在努力部署CARMEN，无论是在COVID-19大流行的背景下，还是作为一个更广泛的病毒诊断平台，尽管它还没有准备好分享有关可能的监管或商业化策略的细节。
萨贝提补充说:“这场大流行激励了我们，鉴于目前的情况，我们必须更快地采取行动。”她指出，该技术目前正被用作一种研究工具vwin德赢ac米兰合作，该团队正在为CARMEN寻求美国食品和药物管理局的紧急使用授权。她说:“我们希望很快分享这方面的消息。”
与此同时，研究人员仍在考虑需要进行哪些改进，才能使这项技术适用于不同的环境。vwin德赢ac米兰合作阿克曼说，目前CARMEN仍然需要使用显微镜来读取芯片上的荧光信号，以表明患者感染了哪种病毒。还需要纳米液滴的制备和核酸的提取。这使得CARMEN目前很难在现场(例如在机场)或在医生的办公室使用。
但Blainey表示，该平台最大的优势在于它的灵活性。他说:“当我们考虑将这项技术应用于各种用例时，拥有这种灵活性和适应性将是一笔巨大的资产。”vwin德赢ac米兰合作