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DNA 適體-奈米孔傳感器快速檢測病毒並判斷是否具有傳染性

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2021/09/23
由於選擇性 DNA 片段和敏感的奈米孔技術,一種新的傳感器可以區分傳染性病毒和非傳染性病毒。圖片來源:Ana Peinetti
伊利諾大學香檳分校的研究人員開發出一種新的傳感器,不僅可以檢測病毒是否存在,還可以檢測出該病毒是否具有傳染性。

該傳感器整合了專門設計的 DNA 片段和奈米孔傳感技術,可以在幾分鐘內定位和檢測傳染性病毒,而無需對樣本進行預處理。研究團隊用人類腺病毒和SARS-CoV-2證明了傳感器的功能。該研究於  9 月 22 日發表在《科學進展》雜誌。
 
「傳染性狀態是非常重要的資訊,可以告訴我們患者是否具有傳染性,或環境消毒方法是否有效,」該研究的第一作者佩內蒂 ( Ana Peinetti) 博士說:「我們的傳感器結合了高度特異性的 DNA 分子,和高靈敏度奈米孔技術這兩項關鍵組件。我們開發了這些高度特異性的 DNA 分子,稱為適體,它們不僅可以識別病毒,還可以區分病毒的感染狀態。」
 
作為病毒檢測的黃金標準,PCR 檢測可檢測病毒基因,但無法區分樣本是否具有傳染性或確定一個人是否具有傳染性。研究人員說,這會使追踪和控制病毒爆發變得更加困難。
 
「對於SARS-CoV-2,已經表明病毒 RNA 的水平與病毒的傳染性的相關性最小。人在感染初期病毒RNA含量低,不易檢測,但人具有高度傳染性。」化學系名譽教授盧易 (音譯) 說。「當一個人康復並且沒有傳染性時,病毒 RNA 水平可能會非常高。抗原檢測遵循類似的模式,但甚至晚於病毒 RNA。因此,病毒 RNA 和抗原檢測都無法判斷病毒是否具有傳染性。這可能會導致治療或隔離延遲,或者可能仍然具有傳染性的人過早解隔離。」
 
目前檢測傳染性病毒的「溶菌斑實驗」(Plaque Assay),需要特殊的準備和數天才能得出結果。而這種新的傳感方法可以在 30 分鐘到兩小時內得出結果,並且由於它不需要對樣本進行預處理,因此它可以用於檢測不會在實驗室中生長的病毒。
 
能夠區分傳染性病毒和非傳染性病毒,並從可能含有其他污染物的未經處理的樣本中檢測出少量病毒,這不僅對於快速診斷處於感染早期,或治療後仍具有傳染性的患者都很重要,而且對於環境監測也很重要同樣。
 
「我們選擇人類腺病毒來展示我們的傳感器,因為它是美國和全世界關注的一種新興水傳播病毒病原體,」土木與環境工程教授馬里納斯 (Benito Marinas) 說。「在水傳播病毒的情況下,檢測傳染性腺病毒的能力提供了一種前所未有的新方法。我們看到此類技術有潛力為環境和公共健康提供更強有力的保護。」
 
研究人員說,透過調整 DNA 以針對不同的病原體,這種傳感技術可以應用於其他病毒。傳感器中使用的 DNA 適配體可以使用廣泛可用的 DNA 合成儀輕鬆生產,類似於為 PCR檢測生產的 RNA 探針。奈米孔傳感器也可以在市場上買到,這使得傳感技術很容易擴展。
 
研究人員正在努力進一步提高傳感器的靈敏度和選擇性,並將他們的 DNA 適配體與其他檢測方法(例如變色試紙或傳感器與智能手機配合使用)相結合,以消除對特殊設備的需求。研究人員表示,憑藉區分非傳染性病毒和傳染性病毒的能力,希望他們的技術也有助於了解感染機制。
 
此外,適體技術可以進一步發展成多通道平台,用於檢測其他新出現的水傳播病毒病原體,例如諾羅病毒和腸病毒,或導致 COVID-19 的病毒變種。