Быстрый путь к Fortitude Kit для быстрой диагностики COVID-19
Исследователи A * STAR быстро отреагировали на пандемию COVID-19, разработав диагностический набор Fortitude Kit в течение нескольких недель. Кредит: Unsplash

Может показаться, что это было целую жизнь назад, но только в конце января 2020 года Сингапур подтвердил свой первый случай появления нового коронавируса, вызывающего COVID-19. Среди бешеной атмосферы китайских новогодних праздников мало кто мог предположить, что странная пневмония перерастет в глобальную пандемию, которой она является сегодня.

Но пара ученых из сингапурского Агентства по науке, технологиям и исследованиям (A * STAR) укололись. «Мы уже слышали по различным каналам в декабре, что в Ухане была какая-то пневмония», — вспоминает д-р Себастьян Маурер-Стро, заместитель исполнительного директора (исследования) Института биоинформатики A * STAR (BII).

Местные исследователи заподозрили воспоминания о предыдущих вспышках, включая SARS в 2003 году, свиной грипп в 2009 году и Zika в 2016 году, еще до того, как вирус достиг местных берегов. С развитием технологий секвенирования на протяжении многих лет, китайские исследователи выпустили проект генома вируса SARS-CoV-2 еще в середине января, что позволило ученым во всем мире быстро создавать свои диагностические наборы.

К первой неделе февраля исследователи A * STAR вместе со своими сотрудниками в больнице Tan Tock Seng (TTSH) уже представили разработанную на месте диагностику COVID-19, названную Fortitude Kit, и отправили ее в различные местные больницы, как местные, так и зарубежные. В противоположность этому, во время вспышки атипичной пневмонии в 2003 году диагностические наборы были доступны в Сингапуре всего через несколько месяцев после вспышки. Вот краткий обзор пути набора Fortitude от скамейки к кровати.

Обнаружение скрытного убийцы

Набор Fortitude основан на методике, известной как полимеразная цепная реакция в реальном времени (RT-PCR). Процесс тестирования начинается с сбора мазков из носа или носоглотки у лиц, подозреваемых на наличие COVID-19. После транспортировки в лабораторию из этих мазков извлекается вирусная РНК. Вот где в уравнение входит сам Fortitude Kit.

Каждый набор включает одностадийный тест RT-PCR, который поставляется готовым со всеми необходимыми реагентами в правильных количествах. Эти реагенты включают обратную транскриптазу, фермент, который превращает вирусную РНК в ДНК, а также короткие последовательности ДНК, называемые праймерами, которые могут обнаруживать уникальный генетический след SARS-CoV-2. Во время ОТ-ПЦР праймеры распознают и связываются с последовательностями вирусной ДНК, преобразованными из РНК. Повторяющиеся циклы нагревания и охлаждения затем запускают Taq-полимеразу, чтобы экспоненциально создавать идентичные копии вирусной ДНК, пока они не будут обнаружены машиной.

Запуск комплекта Fortitude занимает всего около 90 минут, но на этапы подготовки уходит несколько часов, а результаты выдачи могут занять день или более, в зависимости от ресурсов поставщиков медицинских услуг.

Тем не менее, RT-PCR широко считается золотым стандартом для обнаружения вирусов, таких как SARS-CoV-2. В отличие от других имеющихся на рынке средств диагностики, тесты на основе ОТ-ПЦР имеют специфичность более 99 процентов, что означает, что люди, у которых положительный результат теста, действительно имеют заболевание. Чувствительность ОТ-ПЦР-тестов зависит от стадии заболевания: в первую неделю болезни она приближается к 100%, но со временем становится менее чувствительной. На данный момент Fortitude стал одним из наиболее широко распространенных диагностических наборов на рынке.

Все руки на колоде

Комплект Fortitude Kit стал возможен благодаря ведущей команде ведущих ученых Сингапура, а именно ученым A * STAR, доктору Мауреру-Штро и доктору Масафуми Иноуэ; а также генеральный директор центра развития диагностики (DxD) доктор Сидни Йи и доктор TTSH Тимоти Баркхэм. Каждый эксперт привел свой собственный специализированный набор навыков в борьбе с COVID-19.

Благодаря своему опыту в вычислительной биологии Маурер-Штро изучил генетические последовательности вируса и его эволюцию во времени, поделившись своим мнением о Глобальной инициативе по совместному использованию всех данных о гриппе (GISAID) в публичной базе данных. Вооружившись этими данными, Иноуэ, руководитель диагностической группы в Центре разработки экспериментальных лекарственных средств A * STAR (EDDC), приступил к разработке прототипа Fortitude Kit. Первый заказ бизнеса? Разработка праймеров, нацеленных на SARS-CoV-2.

«Обеспечение качественных разработок грунтовок всегда является нашей целью при разработке диагностических наборов», — сказал Иноуэ. Чтобы сделать это, его команде сначала нужно было определить четкую последовательность для цели, которая также была распространена среди существующих штаммов вспышки. Это потребовало, чтобы Иноуэ сравнил и сопоставил множественные геномы коронавируса, заручившись помощью таких коллег, как Маурер-Стро, чтобы сузить выбор регионов для целевого использования биоинформатики. В конце концов они выбрали регион, кодирующий фермент, который катализирует репликацию РНК из матрицы РНК.

«Мы выбрали этот регион в качестве мишени для праймера, поскольку знали, что в вирусе SARS 2003 года наименьшее количество мутаций», — пояснил Иноуэ. Создавая праймеры на основе уникальных частей вируса, которые менее подвержены мутациям, с помощью набора можно легко обнаружить больше циркулирующих вирусных штаммов.

Как только праймеры и прототип были на месте, вмешался Бархам из TTSH, чтобы точно настроить параметры набора. Его команда настраивала процесс RT-PCR в различных точках, проводя его при различных концентрациях или температурах, чтобы определить идеальные условия. Они также оценили набор на реальных образцах пациентов, которые могут содержать молекулы, которые могут запутать тест и привести к неточным показаниям.

Последние штрихи Fortitude были добавлены командой Йи в DxD Hub, национальной платформе, возглавляемой A * ccelerate, коммерческим подразделением A * STAR. «Мы оптимизировали анализ, чтобы быть уверенными, что он работает каждый раз», — поделилась она. «Мы также разработали весь производственный процесс, потому что это больше, чем просто собирать вещи в комплект. Это также множество производственных инструкций, протоколов контроля качества и обеспечения качества».

Учитывая огромные усилия, необходимые для разработки диагностики, замечательно, что A * STAR и TTSH смогли успешно сделать это менее чем за месяц. Их долгие бессонные ночи были подкреплены силой воли, чтобы помочь Сингапуру справиться с самым большим кризисом, пока еще. «Это лишь небольшой снимок команды, задействованной в развертывании только одного продукта, Fortitude Kit», — прокомментировал Йи. «Это действительно занимает всю сингапурскую экосистему НИОКР, и нам очень повезло стать ее частью».

Сингапурский подарок миру

В Сингапуре комплект Fortitude Kit регулярно используется в 13 государственных и частных больницах и лабораториях с февраля. На сегодняшний день комплект также был развернут в более чем 20 странах. В то время как DxD Hub производил первую партию комплектов, ноу-хау было передано не только нескольким биотехнологическим компаниям для расширения масштабов и производства диагностических тестов.

По сравнению с еженедельным выходом в 100 000 тестов в начале вспышки производственный процесс передачи увеличился до четырех раз в неделю. «Сейчас Fortitude находится примерно в 20 странах. Вероятно, это один из наиболее широко используемых наборов для тестирования RT-PCR в мире», — поделился Йи. Помимо очевидного клинического преимущества, Fortitude Kit также помог распространить брендинг Сингапура и A * STAR по всему миру, добавила она.

Тем не менее, работа продолжается. «РНК-вирусы все время мутируют», — пояснил Маурер-Стро. Большинство мутаций являются крошечными изменениями, но тщательный мониторинг развития вируса позволяет A * STAR быстро реагировать и изменять Fortitude, если это необходимо.

В условиях быстро развивающегося кризиса с коронавирусом одно можно сказать наверняка: Сингапур продолжит борьбу с коронавирусом с помощью Fortitude ./p>




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *