灯在COVID和超越——一个快速增长的技术有广泛的应用

DNA扩增是不可或缺的技术用于分子生物学实验室、聚合酶链反应(PCR)是最受欢迎的方法。PCR的核心原则是使用高温单独的DNA链,紧随其后的是冷却到一个较低的温度允许DNA聚合酶复制链分开。反应周期多次执行这些步骤——变性、退火和延伸,它需要精确和快速的温度变化,通过先进的实验室仪器。然而,在某些情况下,DNA扩增是必需的,有时间敏感或地点的方面研究运输样品的实验室不受欢迎的。因此,需要一个简单的核酸扩增方法变得明显,而不是代替传统PCR,但作为一个选项用于更大范围的设置。

Loop-mediated等温扩增(灯)

为了应对这种需求,研究人员开发loop-mediated等温扩增(灯),一个强大的方法放大目标DNA或RNA序列在一个管,在一个温度下,兼容各种简单的检测方法。

识别区域的目标序列,灯使用4到6个引物,其中两个是为了创建self-hybridizing循环结构,形成一个哑铃,创造无数为合成起始站点。引物导致的高特异性和敏感性指数放大,可以发现在不到30分钟。

随着工程的发展strand-displacing DNA聚合酶和反转录酶,墙外的灯可以执行一个实验室;事实上,整个反应发生在65°C,可以在一杯热水。然而,实地分析还需要一个简化的检测方法。出于这个原因,科学家们开发了一种可行的解决方案——一个pH-based比色检测,利用pink-to-yellow肉眼可见的颜色变化。

在放大,一个质子释放每deoxynucleoside三磷酸添加到DNA链增长,导致减少博士在反应混合物中加入一个酸碱指示剂可以比色检测,从而消除需要专业的检测方法,不实用的即时和字段设置。

灯大流行期间的力量

在一场全球性传染病发作中,快速、广泛测试的传染病是至关重要的。逆转录定量PCR (RT-qPCR)是诊断急性感染,标准和测试通常是在授权进行实验室能够进行高复杂性的测试。然而,持续的COVID-19大流行期间,科学界认为有必要发展更快,替代传统临床实验室之外的测试方法。

最小仪器比色灯有巨大的潜在的需求和可移植性作为disease-screening方法由于低成本,快速结果和易用性广泛的设置。的初始阶段大流行期间,科学家证明的能力比色灯试验从SARS-CoV-2快速检测RNA病毒的确诊呼吸道感染患者在武汉,中国(图1)。最初的报告后,众多组织利用灯COVID测试扩展到全世界。使用已经证明了高通量测试实验室简单,移动集合直接从唾液或拭子样本。随着我们继续需要更多和更广泛的测试,这些方法利用灯可以补充传统PCR检测对抗COVID范式和援助。

图1:从COVID-19 SARS-CoV-2检测病人样品在武汉,中国。样品检测呈阳性(1 - 6)或负面(7)与商业RT-qPCR测试化验用比色灯检测引物组针对ORF1a (A)和GeneN (B)。黄色表明积极的检测30分钟孵化后,和粉色的负面反应结果相比,负控制(N)。B,空白的控制没有模板。P,样品含有质粒用作qPCR积极控制。信贷:Zhang et al。快速分子检测SARS-CoV-2使用比色灯(COVID-19)病毒RNA。medRxiv。2020年。doi: 10.1101 / 2020.02.26.20028373

灯的未来潜力作为实地工具

比色灯的价值在于其简单廉价的热带疾病设置的应用程序,通常不PCR-friendly。例如,登革热的十大最迅速蔓延全球卫生威胁和蚊媒疾病。超过25亿人生活在登革热传播亚热带地区,据世界卫生组织。

登革热不能复制携带内共生体的蚊子沃尔巴克氏体属pipientis世界,所以蚊子计划(买理财产品买)发起了一场巨大的努力停止传播登革热传播(和其他虫媒病毒)沃尔巴克氏体属含有蚊子。然而,科学家们必须首先确定的蚊子沃尔巴克氏体属。他们可以这样做使用比色灯技术在30分钟内,通过一个简单的颜色变化。

筛选蚊子在田间使用比色灯是便宜的比典型的qPCR化验。它避免了冗长的过程,运输样品回去给专门的实验室进行分析。结果是实时,这提高了关于地理定位的准确性沃尔巴克氏体属含有蚊子。

这些field-friendly优势也可以用于农业。病毒的葡萄藤红斑(GRBV)是一个最近发现的病毒,感染葡萄藤在北美,导致减少产量和品质。(即叶特征变化。、红色斑点)可以很容易地观察到。然而,视觉检测本身是不可靠的,这就是为什么诊断测试是必需的。样品测试使用比色灯试验可以发生现场,减少时间和成本的筛查GRBV相比传统方法。

灯在太空。及以后

的第一次PCR试验是在空间进行的2016年在国际空间站(ISS)。然而,随着扩展太空旅行的目的,有必要对宇航员分析反应无需发送样本带回地球。这发生在2017年3月,当比色灯实验中,由一个高中生作为基因在太空竞赛的一部分,在国际空间站进行研究的变化端粒动力学而在外层空间。

作为实验的一部分,两个化验是地球上的准备,然后进行国际空间站:一个使用传统PCR,另一个使用比色灯。而传统PCR分析化验必须回到地球,比色灯检测评估在国际空间站,因为他们只需要目视检查表明成功的放大——拍摄对一张白色的纸管强调了简单的方法及其适用性进行一个最极端的设置。

这些例子说明的能力比色灯将核酸扩增新设置一个简单和廉价的应用程序。比色灯开辟了人类健康和医疗诊断的机会,直到最近,还没有可能由于传统PCR的专业要求。任何研究环境样品目前需要运输领域的一个专业实验室是一个开发一个比色灯试验的机会。