Sólin Sólin Rís 07:03 • sest 19:38 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 09:57 • Sest 20:23 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:27 • Síðdegis: 19:43 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:21 • Síðdegis: 13:38 í Reykjavík
COVID-19 borði í flokk

Er vísindafólk að þróa nýjar og afkastameiri leiðir til að skima eftir veirunni sem veldur COVID-19?

Erna Magnúsdóttir

Kjarnsýruprófin sem nú eru notuð til að greina veirusmit eru býsna áreiðanleg, eins og hægt er að lesa nánar um í svari eftir sama höfund við spurningunni Hversu áreiðanlegar eru niðurstöður úr COVID-19-skimun hér á landi? Þau eru einnig gífurlega næm og geta numið veiruna í sýnum sem hafa aðeins þúsund eintök eða fleiri af veiruerfðamengi í hverjum millilítra. Í sýnum með svo fáum eintökum af veiruerfðamengi er smitandi veira ekki einu sinni til staðar. Rannsóknir hafa nefnilega sýnt að ekki er hægt að rækta veiru úr sýnum með minna en hundrað þúsund eintökum af veiru-RNA.[1] Þetta skýrist meðal annars af því að mikið af þeim veiruögnum sem verða til við sýkingu RNA-veira eru gallaðar veiruagnir án smitgetu.

Það er mjög gott að hafa svo næm próf á reiðum höndum, en gallinn við prófin er sá að þau eru kostnaðarsöm í framkvæmd, bæði vegna þess að það þarf vel þjálfaða sérfræðinga til að framkvæma prófin, dýran tækjabúnað og fremur dýr hvarfefni. Það takmarkar því mjög afkastagetu við prófanir. Vísindamenn og tæknifyrirtæki hafa því verið að leita allra leiða undanfarna mánuði til þess að auka afkastagetu prófanna og gera þau ódýrari. Það getur þó orðið á kostnað næmni þeirra.

Margar ólíkar aðferðir eru í þróun en þær miða meðal annars að því að hægt verði að prófa munnvatnssýni frekar en sýni úr nefholi. Það sparar bæði óþægindi fyrir þann sem verið er að prófa, minnkar þörfina á sýnatökupinnum sem geta orðið takmarkandi fyrir prófunargetu ef þeir klárast, og krefst þess heldur ekki að þjálfað heilbrigðisstarfsfólk taki sýnin.

Skýringarmynd af veirugreiningarprófi LamPORE þar sem RNA er þrætt í gegnum örsmátt op í plasthimnu í tæki um leið og rafstraumur fer yfir himnuna. Mismunandi basar kjarnsýranna breyta straumnum mismikið og þannig er hægt að fá upplýsingar um basaröðina.

Jafnframt hefur þróunin beinst að skrefunum sjálfum við kjarnsýruprófin, en í núverandi prófi þarf fyrst að einangra RNA veirunnar úr sýninu og síðan að víxlrita það yfir í DNA áður en kjarnsýrumögnunarhvarfið, sem nemur tilvist og magn veirunnar í sýninu, er framkvæmt. Þetta er bæði tímafrekt og krefst þjálfunar. Fyrirtækið Oxford Nanopore í Bretlandi hefur hannað próf sem einfaldar ferlið. Prófið, sem kallast LamPORE, sleppir RNA-víxlritun yfir í DNA og greinir RNA beint með notkun tækja fyrirtækisins. Tækin raðgreina þrjú gen í erfðaefni veirunnar með notkun á fremur nýstárlegri „nanopore-tækni“ þar sem RNA er þrætt í gegnum örsmátt op í plasthimnu í tækinu á sama tíma og rafstraumur fer yfir himnuna. Mismunandi basar kjarnsýranna breyta straumnum mismikið og þannig er hægt að fá upplýsingar um basaröðina.[2] Með þessari aðferð tekur aðeins 2-3 klukkustundir að greina allt að átta hundruð sýni í einu. Enn þarf þó að taka nefholssýni fyrir þessi próf en munnvatnspróf eru í þróun ásamt aðferð sem gerir RNA-einangrun óþarfa.[3]

Annað dæmi er próf sem þróað hefur verið að vísindamönnum við Broad-stofnun MIT-háskólans í Bandaríkjunum og byggir á svonefndri CRISPR-Cas-erfðatækni. Prófið er hraðvirkt, krefst ekki RNA-einangrunar og niðurstaðan er mælanleg, annað hvort með ljósi á bylgjulengd sem smátæki eins og snjallsímar geta numið, eða með litabreytingu á pappírspriki, eins og í algengum þungunarprófum sem margir þekkja.[4]

Þriðja dæmið er svo próf fá Octant Inc. sem kallast SwabSeq. Það byggir á tækni þar sem RNA-einangrunarskrefinu er sleppt og víxlritun og kjarnsýrumögnun er framkvæmd í einu skrefi áður en sýnið er raðgreint. Þessi aðferð styðst við annað hvort nefhols- eða munnvatnssýni og getur einn sérfræðingur framkvæmt þúsundir prófa á dag. Framleiðendur segja að með sjálfvirknivæðingu megi greina meira en eitthundraðþúsund sýni á dag ef tækjakostur er ekki takmarkandi.[5] [6] Hvert próf tekur um tólf tíma í framkvæmd og krefst sérhæfðs tækjabúnaðar.

Öll ofangreind próf eru ódýrari en hefðbundna aðferðin við greiningu á erfðaefni SARS-CoV-2-veirunnar og auka mögulega skilvirkni skimunar, en kostnaðurinn fer þó eftir því hversu mörg próf eru framkvæmd í einu. Ekkert þeirra hefur þó farið í gegn um klínískt vottunarferli þegar þetta er skrifað og þau eru því ekki samþykkt sem greiningarpróf. Ef einstaklingar eru greindir með einhverju ofangreindra prófa í skimunartilgangi þyrfti því mögulega að endurtaka jákvæð próf með hefbundnu aðferðinni til staðfestingar.

Eru þessar nýju aðferðir nógu áreiðanlegar?

Gagnrýnendur þessara nýju aðferða hafa bent á að þær hafi minni næmni en hefðbundna aðferðin, en um fimmtíu- til hundrað þúsund eintök af veiruerfðaefni þurfa að vera til staðar í sýnum til að greina veiruna með þeim, en aðeins þúsund eintök duga til greiningar með hefðbundnu aðferðinni. Aðrir hafa bent á að þau sýni sem hafi færri en hundrað þúsund eintök séu yfirleitt úr sjúklingum sem hafa jafnað sig á veirusýkingu og hafi þróað með sér mótefni gegn veirunni. Við fyrstu sýn virðist það mikill fórnarkostnaður að missa næmni á veiruna í upphafi sýkingar. Þar hafa vísindamenn þó bent á að það verði vissulega einhver tilvik sem sleppi í gegn, en að þau verði þó sárafá. Í upphafi meðgöngutíma veirunnar fjölgar hún sér ekki mjög hratt og þá er ekkert próf nógu gott til að nema hana, en þegar hún er á annað borð farin að fjölga sér með veldisvexti í öndunarvegi fólks er aðeins nokkurra klukkutíma munur á því hversu snemma núverandi tækni nemi veiruna miðað við hraðvirkari en minna næm próf. Það væri því jafnvel ódýrara að nota þessar aðferðir og prófa oftar til þess að grípa þá sem greinast neikvæðir í fyrsta prófi.[7][8]

Einnig hafa verið uppi raddir um að það þurfi að setja aukinn kraft í að þróa ódýr heimapróf gegn veirunni sem einstaklingar gætu notað daglega. Þau próf yrðu ekki jafnnæm og prófin sem lýst er hér fyrir ofan en kosturinn er að þau væru það ódýr og einföld að unnt væri að nota þau í heimahúsi. Þannig væri hægt að grípa mun fleiri sýkingar en í núverandi ástandi þar sem afkastagetan er takmarkandi og smitrakning ekki gerleg. Við aðstæður þar sem margir koma saman í stórum hópum daglega, eins og í skólastarfi sér fólk fyrir sér að þetta gæti orðið mjög gagnlegt við að grípa sýkingar. Það á þó helst við í samfélögum þar sem mun verr hefur gengið að hemja útbreiðslu veirunnar en hér á landi.[9]

Tilvísanir:
  1. ^ Wölfel, R. o.fl. (2020). Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019. Nature, 581, 465–469. (Sótt 10.8.2020).
  2. ^ Þetta er nýstárleg tækni til raðgreiningar, en um hefðbundna DNA-raðgreiningu má lesa nánar í svari eftir Arnar Pálsson við spurningunni Hvað felst í því að skrá erfðamengi mannsins og hvað hefur það í för með sér? (Sótt 10.8.2020).]
  3. ^ Oxford Nanopore Technologies. LamPORE Assay. (Sótt 10.8.2020).
  4. ^ Arizti-Sanz, J. o.fl. (2020, 28. maí). Integrated sample inactivation, amplification, and Cas13-based detection of SARS-CoV-2. bioRxiv. (Sótt 10.8.2020).
  5. ^ SwabSeq — Octant. (Sótt 10.8.2020).
  6. ^ Bloom, J.S. o.fl. (2020, 6. ágúst). Swab-Seq: A high-throughput platform for massively scaled up SARS-CoV-2 testing. medRxiv. (Sótt 10.8.2020).
  7. ^ Larremore, B.D. o.fl. (2020, 27. júní). Test sensitivity is secondary to frequency and turnaround time for COVID-19 surveillance. medRxiv. (Sótt 10.8.2020).
  8. ^ Shaw, J. (2020, 3. ágúst). New Test Paradigm Needed for SARS-CoV-2. Harvard Magazine. (Sótt 10.8.2020).
  9. ^ Kotlikoff, L.J. & Mina, M. (2020, 3. júlí). Opinion - Coronavirus Testing the Cheap, Simple Way. The New York Times. (Sótt 10.8.2020).

Mynd:

Höfundur

Erna Magnúsdóttir

dósent í lífeinda- og líffærafræði við læknadeild HÍ

Útgáfudagur

12.8.2020

Spyrjandi

Kári Þór, ritstjórn

Tilvísun

Erna Magnúsdóttir. „Er vísindafólk að þróa nýjar og afkastameiri leiðir til að skima eftir veirunni sem veldur COVID-19?“ Vísindavefurinn, 12. ágúst 2020. Sótt 19. september 2020. http://visindavefur.is/svar.php?id=79867.

Erna Magnúsdóttir. (2020, 12. ágúst). Er vísindafólk að þróa nýjar og afkastameiri leiðir til að skima eftir veirunni sem veldur COVID-19? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=79867

Erna Magnúsdóttir. „Er vísindafólk að þróa nýjar og afkastameiri leiðir til að skima eftir veirunni sem veldur COVID-19?“ Vísindavefurinn. 12. ágú. 2020. Vefsíða. 19. sep. 2020. <http://visindavefur.is/svar.php?id=79867>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Er vísindafólk að þróa nýjar og afkastameiri leiðir til að skima eftir veirunni sem veldur COVID-19?
Kjarnsýruprófin sem nú eru notuð til að greina veirusmit eru býsna áreiðanleg, eins og hægt er að lesa nánar um í svari eftir sama höfund við spurningunni Hversu áreiðanlegar eru niðurstöður úr COVID-19-skimun hér á landi? Þau eru einnig gífurlega næm og geta numið veiruna í sýnum sem hafa aðeins þúsund eintök eða fleiri af veiruerfðamengi í hverjum millilítra. Í sýnum með svo fáum eintökum af veiruerfðamengi er smitandi veira ekki einu sinni til staðar. Rannsóknir hafa nefnilega sýnt að ekki er hægt að rækta veiru úr sýnum með minna en hundrað þúsund eintökum af veiru-RNA.[1] Þetta skýrist meðal annars af því að mikið af þeim veiruögnum sem verða til við sýkingu RNA-veira eru gallaðar veiruagnir án smitgetu.

Það er mjög gott að hafa svo næm próf á reiðum höndum, en gallinn við prófin er sá að þau eru kostnaðarsöm í framkvæmd, bæði vegna þess að það þarf vel þjálfaða sérfræðinga til að framkvæma prófin, dýran tækjabúnað og fremur dýr hvarfefni. Það takmarkar því mjög afkastagetu við prófanir. Vísindamenn og tæknifyrirtæki hafa því verið að leita allra leiða undanfarna mánuði til þess að auka afkastagetu prófanna og gera þau ódýrari. Það getur þó orðið á kostnað næmni þeirra.

Margar ólíkar aðferðir eru í þróun en þær miða meðal annars að því að hægt verði að prófa munnvatnssýni frekar en sýni úr nefholi. Það sparar bæði óþægindi fyrir þann sem verið er að prófa, minnkar þörfina á sýnatökupinnum sem geta orðið takmarkandi fyrir prófunargetu ef þeir klárast, og krefst þess heldur ekki að þjálfað heilbrigðisstarfsfólk taki sýnin.

Skýringarmynd af veirugreiningarprófi LamPORE þar sem RNA er þrætt í gegnum örsmátt op í plasthimnu í tæki um leið og rafstraumur fer yfir himnuna. Mismunandi basar kjarnsýranna breyta straumnum mismikið og þannig er hægt að fá upplýsingar um basaröðina.

Jafnframt hefur þróunin beinst að skrefunum sjálfum við kjarnsýruprófin, en í núverandi prófi þarf fyrst að einangra RNA veirunnar úr sýninu og síðan að víxlrita það yfir í DNA áður en kjarnsýrumögnunarhvarfið, sem nemur tilvist og magn veirunnar í sýninu, er framkvæmt. Þetta er bæði tímafrekt og krefst þjálfunar. Fyrirtækið Oxford Nanopore í Bretlandi hefur hannað próf sem einfaldar ferlið. Prófið, sem kallast LamPORE, sleppir RNA-víxlritun yfir í DNA og greinir RNA beint með notkun tækja fyrirtækisins. Tækin raðgreina þrjú gen í erfðaefni veirunnar með notkun á fremur nýstárlegri „nanopore-tækni“ þar sem RNA er þrætt í gegnum örsmátt op í plasthimnu í tækinu á sama tíma og rafstraumur fer yfir himnuna. Mismunandi basar kjarnsýranna breyta straumnum mismikið og þannig er hægt að fá upplýsingar um basaröðina.[2] Með þessari aðferð tekur aðeins 2-3 klukkustundir að greina allt að átta hundruð sýni í einu. Enn þarf þó að taka nefholssýni fyrir þessi próf en munnvatnspróf eru í þróun ásamt aðferð sem gerir RNA-einangrun óþarfa.[3]

Annað dæmi er próf sem þróað hefur verið að vísindamönnum við Broad-stofnun MIT-háskólans í Bandaríkjunum og byggir á svonefndri CRISPR-Cas-erfðatækni. Prófið er hraðvirkt, krefst ekki RNA-einangrunar og niðurstaðan er mælanleg, annað hvort með ljósi á bylgjulengd sem smátæki eins og snjallsímar geta numið, eða með litabreytingu á pappírspriki, eins og í algengum þungunarprófum sem margir þekkja.[4]

Þriðja dæmið er svo próf fá Octant Inc. sem kallast SwabSeq. Það byggir á tækni þar sem RNA-einangrunarskrefinu er sleppt og víxlritun og kjarnsýrumögnun er framkvæmd í einu skrefi áður en sýnið er raðgreint. Þessi aðferð styðst við annað hvort nefhols- eða munnvatnssýni og getur einn sérfræðingur framkvæmt þúsundir prófa á dag. Framleiðendur segja að með sjálfvirknivæðingu megi greina meira en eitthundraðþúsund sýni á dag ef tækjakostur er ekki takmarkandi.[5] [6] Hvert próf tekur um tólf tíma í framkvæmd og krefst sérhæfðs tækjabúnaðar.

Öll ofangreind próf eru ódýrari en hefðbundna aðferðin við greiningu á erfðaefni SARS-CoV-2-veirunnar og auka mögulega skilvirkni skimunar, en kostnaðurinn fer þó eftir því hversu mörg próf eru framkvæmd í einu. Ekkert þeirra hefur þó farið í gegn um klínískt vottunarferli þegar þetta er skrifað og þau eru því ekki samþykkt sem greiningarpróf. Ef einstaklingar eru greindir með einhverju ofangreindra prófa í skimunartilgangi þyrfti því mögulega að endurtaka jákvæð próf með hefbundnu aðferðinni til staðfestingar.

Eru þessar nýju aðferðir nógu áreiðanlegar?

Gagnrýnendur þessara nýju aðferða hafa bent á að þær hafi minni næmni en hefðbundna aðferðin, en um fimmtíu- til hundrað þúsund eintök af veiruerfðaefni þurfa að vera til staðar í sýnum til að greina veiruna með þeim, en aðeins þúsund eintök duga til greiningar með hefðbundnu aðferðinni. Aðrir hafa bent á að þau sýni sem hafi færri en hundrað þúsund eintök séu yfirleitt úr sjúklingum sem hafa jafnað sig á veirusýkingu og hafi þróað með sér mótefni gegn veirunni. Við fyrstu sýn virðist það mikill fórnarkostnaður að missa næmni á veiruna í upphafi sýkingar. Þar hafa vísindamenn þó bent á að það verði vissulega einhver tilvik sem sleppi í gegn, en að þau verði þó sárafá. Í upphafi meðgöngutíma veirunnar fjölgar hún sér ekki mjög hratt og þá er ekkert próf nógu gott til að nema hana, en þegar hún er á annað borð farin að fjölga sér með veldisvexti í öndunarvegi fólks er aðeins nokkurra klukkutíma munur á því hversu snemma núverandi tækni nemi veiruna miðað við hraðvirkari en minna næm próf. Það væri því jafnvel ódýrara að nota þessar aðferðir og prófa oftar til þess að grípa þá sem greinast neikvæðir í fyrsta prófi.[7][8]

Einnig hafa verið uppi raddir um að það þurfi að setja aukinn kraft í að þróa ódýr heimapróf gegn veirunni sem einstaklingar gætu notað daglega. Þau próf yrðu ekki jafnnæm og prófin sem lýst er hér fyrir ofan en kosturinn er að þau væru það ódýr og einföld að unnt væri að nota þau í heimahúsi. Þannig væri hægt að grípa mun fleiri sýkingar en í núverandi ástandi þar sem afkastagetan er takmarkandi og smitrakning ekki gerleg. Við aðstæður þar sem margir koma saman í stórum hópum daglega, eins og í skólastarfi sér fólk fyrir sér að þetta gæti orðið mjög gagnlegt við að grípa sýkingar. Það á þó helst við í samfélögum þar sem mun verr hefur gengið að hemja útbreiðslu veirunnar en hér á landi.[9]

Tilvísanir:
  1. ^ Wölfel, R. o.fl. (2020). Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019. Nature, 581, 465–469. (Sótt 10.8.2020).
  2. ^ Þetta er nýstárleg tækni til raðgreiningar, en um hefðbundna DNA-raðgreiningu má lesa nánar í svari eftir Arnar Pálsson við spurningunni Hvað felst í því að skrá erfðamengi mannsins og hvað hefur það í för með sér? (Sótt 10.8.2020).]
  3. ^ Oxford Nanopore Technologies. LamPORE Assay. (Sótt 10.8.2020).
  4. ^ Arizti-Sanz, J. o.fl. (2020, 28. maí). Integrated sample inactivation, amplification, and Cas13-based detection of SARS-CoV-2. bioRxiv. (Sótt 10.8.2020).
  5. ^ SwabSeq — Octant. (Sótt 10.8.2020).
  6. ^ Bloom, J.S. o.fl. (2020, 6. ágúst). Swab-Seq: A high-throughput platform for massively scaled up SARS-CoV-2 testing. medRxiv. (Sótt 10.8.2020).
  7. ^ Larremore, B.D. o.fl. (2020, 27. júní). Test sensitivity is secondary to frequency and turnaround time for COVID-19 surveillance. medRxiv. (Sótt 10.8.2020).
  8. ^ Shaw, J. (2020, 3. ágúst). New Test Paradigm Needed for SARS-CoV-2. Harvard Magazine. (Sótt 10.8.2020).
  9. ^ Kotlikoff, L.J. & Mina, M. (2020, 3. júlí). Opinion - Coronavirus Testing the Cheap, Simple Way. The New York Times. (Sótt 10.8.2020).

Mynd:...