Ένας νέος αισθητήρας μπορεί να ανιχνεύσει όχι μόνο εάν υπάρχει ιός, αλλά και αν είναι μολυσματικός - μια σημαντική διάκριση για τον περιορισμό της ιογενούς εξάπλωσης.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Illinois Urbana-Champaign και συνεργάτες του ανέπτυξαν τον αισθητήρα, ο οποίος ενσωματώνει ειδικά σχεδιασμένα θραύσματα DNA και ανίχνευση νανοπόρων, για να στοχεύσει και να ανιχνεύσει μολυσματικούς ιούς μέσα σε λίγα λεπτά χωρίς να χρειάζεται προεπεξεργασία δειγμάτων.
Έδειξαν την ισχύ του αισθητήρα με δύο βασικούς ιούς που προκαλούν λοιμώξεις παγκοσμίως: τον ανθρώπινο αδενοϊό και τον ιό που προκαλεί τον COVID-19.
Ο Yi Lu, ομότιμος καθηγητής χημείας και ο Benito Marinas, καθηγητής πολιτικών και περιβαλλοντικών μηχανικών , ηγήθηκαν της εργασίας με τον καθηγητή Lijun Rong του Πανεπιστημίου του Illinois στο Σικάγο. καθηγητής Omar Azzaroni, από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της La Plata στην Αργεντινή · και María Eugenia Toimil-Molares, του GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research στη Γερμανία.
Ανέφεραν τα ευρήματά τους στο περιοδικό Science Advances .
"Η κατάσταση μολυσματικότητας είναι πολύ σημαντικές πληροφορίες που μπορούν να μας πουν εάν οι ασθενείς είναι μεταδοτικοί ή εάν λειτουργεί μια μέθοδος απολύμανσης του περιβάλλοντος", δήλωσε η Ana Peinetti, η πρώτη συγγραφέας της μελέτης, η οποία πραγματοποίησε το έργο ως μεταδιδακτορική ερευνητής στο Illinois.
Τώρα ηγείται ερευνητικής ομάδας στο Πανεπιστήμιο του Buenos Aires στην Αργεντινή.
"Ο αισθητήρας μας συνδυάζει δύο βασικά συστατικά: Πολύ συγκεκριμένα μόρια DNA και εξαιρετικά ευαίσθητη τεχνολογία nanopore.
Αναπτύξαμε αυτά τα εξαιρετικά ειδικά μόρια DNA, που ονομάζονται aptamers, τα οποία όχι μόνο αναγνωρίζουν τους ιούς αλλά μπορούν επίσης να διακρίνει την κατάσταση μολυσματικότητας του ιού."
Το "χρυσό πρότυπο" της ιικής ανίχνευσης, οι δοκιμές PCR ανιχνεύουν ιικό γενετικό υλικό, αλλά δεν μπορούν να διακρίνουν εάν ένα δείγμα είναι μολυσματικό ή να καθορίσουν εάν ένα άτομο είναι μεταδοτικό.
Αυτό μπορεί να καταστήσει δυσκολότερη την παρακολούθηση και τον περιορισμό των ιογενών εστιών, ανέφεραν οι ερευνητές.
"Με τον ιό που προκαλεί τον COVID-19, έχει αποδειχθεί ότι το επίπεδο του ιικού RNA έχει ελάχιστη συσχέτιση με τη μολυσματικότητα του ιού.
Στο αρχικό στάδιο, όταν ένα άτομο έχει μολυνθεί, το ιικό RNA είναι χαμηλό και δύσκολο να εντοπιστεί, αλλά το άτομο είναι πολύ μεταδοτικό", είπε ο Λου.
"Όταν ένα άτομο αναρρώνει και δεν είναι μολυσμένο, το επίπεδο του ιικού RNA μπορεί να είναι πολύ υψηλό.
Οι δοκιμές αντιγόνου ακολουθούν ένα παρόμοιο μοτίβο, αν και ακόμη αργότερα από το ιικό RNA.
Ως εκ τούτου, τα ιικά RNA και οι δοκιμές αντιγόνου δεν μας δίνουν ακριβείς πληροφορίες, ώστε να γνωρίζουμε εάν ένας ιός είναι μολυσματικός,
Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε καθυστερημένη θεραπεία ή καραντίνα ή πρόωρη απαλλαγή όσων μπορεί να είναι ακόμη μεταδοτικοί. "
Δοκιμές που ανιχνεύουν μολυσματικούς ιούς, που ονομάζονται plaque assays, υπάρχουν αλλά απαιτούν ειδική προετοιμασία και ημέρες επώασης για να επιτευχθούν αποτελέσματα.
Η νέα μέθοδος ανίχνευσης μπορεί να αποφέρει αποτελέσματα σε 30 λεπτά έως δύο ώρες, αναφέρουν οι ερευνητές, και επειδή δεν απαιτεί προεπεξεργασία του δείγματος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ιούς που δεν θα αναπτυχθούν στο εργαστήριο.
Το να μπορείς να διακρίνεις μολυσματικούς από μη μολυσματικούς ιούς και να εντοπίζεις μικρές ποσότητες από μη επεξεργασμένα δείγματα που μπορεί να περιέχουν άλλους μολυσματικούς παράγοντες είναι σημαντικό όχι μόνο για την ταχεία διάγνωση των ασθενών που βρίσκονται στο αρχικό στάδιο της λοίμωξης ή που είναι ακόμα μεταδοτικοί μετά τη θεραπεία, αλλά και για την περιβαλλοντική παρακολούθηση επίσης, είπε ο dr Marinas.
"Επιλέξαμε τον ανθρώπινο adenovirus για να δείξουμε τον αισθητήρα μας, επειδή είναι ένας αναδυόμενος ιός που προκαλείται από το νερό και προκαλεί ανησυχία στις Ηνωμένες Πολιτείες και σε όλο τον κόσμο", δήλωσε ο dr Marinas.
"Η ικανότητα ανίχνευσης μολυσματικού adenovirus παρουσία ιών μη μολυσματικών από απολυμαντικά νερού και άλλων δυνητικά παρεμβαλλόμενων ουσιών στα λύματα και τα μολυσμένα φυσικά νερά, παρέχει μια πρωτοφανή νέα προσέγγιση.
Βλέπουμε δυνατότητες μιας τέτοιας τεχνολογίας να παρέχει πιο ισχυρή προστασία του περιβάλλοντος και της δημόσιας υγείας".
Η τεχνική ανίχνευσης θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε άλλους ιούς, λένε οι ερευνητές, τροποποιώντας το DNA για να στοχεύσουν διαφορετικά παθογόνα.
Τα aptamers DNA που χρησιμοποιούνται στον αισθητήρα μπορούν να παραχθούν εύκολα με ευρέως διαθέσιμους συνθέτες DNA, παρόμοια με τους ανιχνευτές RNA που παράγονται για δοκιμές PCR.
Οι αισθητήρες Nanopore διατίθενται επίσης στο εμπόριο, καθιστώντας την τεχνική ανίχνευσης εύκολα επεκτάσιμη, δήλωσε ο Yi Lu, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, στο Austστιν.
Οι ερευνητές εργάζονται για να βελτιώσουν περαιτέρω την ευαισθησία και την επιλεκτικότητα των αισθητήρων, και ενσωματώνουν τα aptamers DNA τους με άλλες μεθόδους ανίχνευσης, όπως ράβδους αλλαγής χρώματος ή αισθητήρες για εργασία με smartphone, για να εξαλείψουν την ανάγκη για ειδικό εξοπλισμό.
Με την ικανότητα να διακρίνουν τους μη μολυσματικούς από τους μολυσματικούς ιούς, οι ερευνητές είπαν ότι ελπίζουν ότι η τεχνολογία τους θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην κατανόηση των μηχανισμών μόλυνσης.
"Επιπλέον, η τεχνολογία aptamers θα μπορούσε να αναπτυχθεί περαιτέρω σε πολυκαναλικές πλατφόρμες για την ανίχνευση άλλων παθογόνων ιών που μεταδίδονται μέσω του νερού και απειλούν τη δημόσια και περιβαλλοντική υγεία, όπως norovirus και enteroviruses, ή για παραλλαγές του ιού που προκαλεί τον COVID-19", δήλωσε ο dr Marinas.
