Détection rapide du SARS-CoV-2 avec un test de diagnostic portable basé sur CRISPR pour téléphone portable

Un grand groupe de chercheurs des États-Unis a rapporté avoir développé un test de téléphone portable sans amplification basé sur CRISPR pour la détection directe du syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) à partir d'écouvillons nasaux. Leur article à la pointe de la technologie est actuellement disponible sur le medRxiv * serveur de pré-impression.

Une pandémie incessante de maladie à coronavirus (COVID-19) causée par le SRAS-CoV-2 est due en partie aux défis d'identification des porteurs symptomatiques, asymptomatiques et présymptomatiques du virus – entraînant à son tour leur isolement retardé et la propagation mondiale massive de la maladie.

L'étalon-or du diagnostic actuel est la réaction en chaîne par polymérase de transcription inverse quantitative (RT-qPCR), qui est fiable et largement utilisée à des fins de dépistage. Cependant, la situation aux États-Unis montre un arriéré important, 31% des tests PCR sur écouvillon nasal nécessitant plus de quatre jours de traitement.

Ce seul fait, associé à un déclin rapide potentiel de l'immunité après une infection naturelle, met en évidence le besoin d'options de test rapides au point de service qui peuvent également détecter de manière fiable le matériel génétique du SRAS-CoV-2.

À cet égard, les diagnostics viraux peuvent bénéficier d'une stratégie bactérienne réussie pour détruire les bactériophages entrants (c'est-à-dire les virus qui attaquent les bactéries) et construire une mémoire immunologique, connue sous le nom de CRISPR. Ce dernier peut être exploité pour la détection réussie et rapide du SARS-CoV-2.

Pour atteindre la sensibilité élevée nécessaire à des fins de test, les stratégies de diagnostic CRISPR actuelles reposent principalement sur la pré-amplification de l'acide ribonucléique cible (ARN) pour une détection ultérieure par une protéine Cas.

Dans une nouvelle étude passionnante, un grand groupe de recherche a rapporté la preuve de concept d'un test de diagnostic rapide basé sur CRISPR-Cas13a pour la détection directe de l'ARN du SRAS-CoV-2.

Schéma d'un complexe Cas13a (beige) -crRNA (rouge) RNP liant l'ARN cible (noir), entraînant l'activation du domaine de la nucléase HEPN (désigné par des ciseaux). Lors de la reconnaissance de la cible et de l'activation de RNP, Cas13a clive sans discernement un rapporteur d'ARN fluorophore éteint, permettant la détection de fluorescence comme proxy pour l'activation de Cas13a et l'ARN cible. (B) Schéma du gène de nucléocapside du SRAS-CoV-2 (N), et les emplacements correspondants de chaque région d'espaceur d'ARNr.

Optimiser un appareil de diagnostic compact

Afin d'atteindre cet objectif, les chercheurs devaient d'abord optimiser l'activation de Cas13 grâce à une sélection rigoureuse des complexes ARN CRISPR, ainsi que développer un système de détection de fluorescence sensible et transportable pour ce nouveau test.

La simplicité de l'approche a été démontrée en mesurant la fluorescence avec une caméra de téléphone portable dans un appareil compact, composé d'éclairs laser à faible coût et d'optiques de collection.

Les chercheurs ont également combiné des complexes d'ARN CRISPR et de Cas13 (ARNr) qui ciblent l'ARN du SRAS-CoV-2 pour améliorer la sensibilité et la spécificité des solutions de diagnostic proposées. Ils ont également directement quantifié la charge virale en utilisant la cinétique enzymatique.

Schéma de deux RNP différents se liant à des emplacements différents du même ARN de SARS-CoV-2, conduisant au clivage du rapporteur d'ARN et à une fluorescence accrue.

Plusieurs avancées clés

Une avancée clé de cette approche est une démonstration réussie de la façon dont ces combinaisons d'ARNr peuvent augmenter la sensibilité de la détection directe de Cas13a en incluant plus de Cas13a (qui est un sous-type CRISPR-Cas13 spécifique) par ARN cible.

« En combinant plusieurs ARNr pour augmenter l'activation de Cas13a et en analysant le changement de fluorescence au fil du temps plutôt que la seule fluorescence du point final, nous sommes en mesure d'obtenir une détection de l'ARN viral du SRAS-CoV-2 d'environ 100 copies / µL en 30 minutes », explique l'étude auteurs. « Nous avons également correctement identifié tous les échantillons de patients positifs au SRAS-CoV-2 testés en 5 minutes », ajoutent-ils.

Une autre avancée clé est la possibilité de traduire directement le signal fluorescent en charges virales. Contrairement aux tests de diagnostic précédents basés sur la technologie CRISPR, celui-ci ne nécessite pas de pré-amplification du génome viral. En d'autres termes, en détectant directement l'ARN viral (sans manipulations supplémentaires), nous obtenons des mesures d'ARN quantitatives au lieu d'un simple résultat binaire positif / négatif.

Et bien sûr, un autre aspect important est qu'un simple appareil basé sur un téléphone mobile peut lire avec précision le test de détection directe, évitant ainsi le besoin d'un lecteur de plaque de laboratoire encombrant. Ce concept a déjà été essayé dans des approches de diagnostic moléculaire précédentes, principalement l'amplification isotherme à médiation en boucle.

Schéma d'un microscope basé sur un téléphone portable pour la détection de fluorescence montrant les composants d'éclairage et de collecte d'images (à gauche). Image du dispositif assemblé utilisé pour la collecte de données et image d'échantillon prise par la caméra du téléphone portable après l'exécution d'un test Cas13a (à droite).

Rapide, portable et précis

« Ici, nous montrons que la détection directe de l'ARN du SRAS-CoV-2 avec CRISPR-Cas13a et un téléphone mobile offre une option prometteuse pour des tests rapides au point de service », résument les auteurs de l'étude dans ce prometteur medRxiv papier.

Les caméras des téléphones portables sont devenues des outils très sensibles qui (avec le GPS, la connectivité et les capacités de traitement des données) les ont transformées en appareils attrayants pour le diagnostic des maladies au point de service, en particulier dans les régions à faibles ressources.

Combinée à la quantification par téléphone mobile, nous pouvons vraiment voir le potentiel de cette approche pour permettre des options rapides, portables, précises et peu coûteuses pour les efforts de dépistage du SRAS-CoV-2 au point de service.

À l'avenir, la détection directe par Cas13a (comme décrit en détail dans cet article) pourrait être rapidement modifiée pour cibler le prochain pathogène respiratoire émergent – espérons-le à temps pour aider à réduire la propagation mondiale et une autre pandémie potentiellement dévastatrice.

*Avis important

medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas examinés par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.