Enzymy wytwarzane metodami inżynieryjnymi skracają diagnostykę wirusów do kilku minut
Zespół projektu RVDR poradził sobie z jednym z najpoważniejszych ograniczeń testów molekularnych — wyeliminował potrzebę ekstrakcji kwasu nukleinowego, znacznie przyspieszając wykrywanie wirusów.
Zsolt Lőrincz, koordynator projektu RVDR i dyrektor generalny firmy TargetEx Biosciences
Pandemia COVID-19 wyraźnie pokazała, że zaawansowane systemy opieki zdrowotnej zawodzą w sytuacji, gdy konieczne jest szybkie skalowanie diagnostyki molekularnej w sytuacjach kryzysowych. Głównym powodem jest zależność testów molekularnych od etapu ekstrakcji kwasów nukleinowych, który jest pracochłonny, wydłuża proces diagnostyczny i wymaga specjalistycznej infrastruktury. To wąskie gardło staje się szczególnie problematyczne w warunkach ograniczonych zasobów, takich jak brak infrastruktury łańcucha chłodniczego czy niedobór przeszkolonego personelu. Diagnostyka wirusowa opiera się w znacznym stopniu na reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR)(odnośnik otworzy się w nowym oknie), która umożliwia wykrywanie RNA lub DNA wirusów po ekstrakcji i amplifikacji materiału genetycznego z próbek pacjenta. Choć jest to bardzo czuła metoda, generuje opóźnienia, które mogą utrudniać szybkie podejmowanie decyzji klinicznych i zarządzanie epidemią. Szybkie i dokładne wykrywanie obecności wirusa ma zasadnicze znaczenie dla zapobiegania jego transmisji, umożliwiając sprawne leczenie i reagowanie służb odpowiedzialnych za zdrowie publiczne podczas epidemii.
Szybsza procedura diagnostyczna
Zespół projektu RVDR, finansowanego ze środków UE za pośrednictwem programu „Horyzont Europa”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz agencji NKFIH(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i Innovate UK (UKRI)(odnośnik otworzy się w nowym oknie), dostrzegł tę lukę i postanowił opracować technologię diagnostyczną nowej generacji, która nie wymaga ekstrakcji oraz może zwiększyć dostępność szybkich testów molekularnych. W konwencjonalnych testach ekstrakcja zajmuje od 30 do 60 minut i wymaga specjalistycznego sprzętu, przeszkolonego personelu oraz infrastruktury łańcucha chłodniczego. Podejście zaproponowane przez zespół projektu RVDR umożliwia przejście bezpośrednio do fazy amplifikacji surowych próbek, skracając całkowity czas realizacji do zaledwie 15–30 minut i ograniczając ręczne procedury do minimum. „Zespół projektu RVDR poradził sobie z jednym z najpoważniejszych ograniczeń testów molekularnych — wyeliminował potrzebę ekstrakcji kwasu nukleinowego, znacznie przyspieszając wykrywanie wirusów”, wyjaśnia koordynator projektu Zsolt Lőrincz.
Ulepszone odczynniki do testów
Pokonanie wpływu składników hamujących zawartych w ślinie stanowiło zasadniczy element strategii innowacyjnej projektu. Wykorzystując metody inżynieryjne, zespół opracował zoptymalizowane enzymy, które zachowują aktywność w fizjologicznie istotnych stężeniach soli i inhibitorów. Ważnym przełomowym osiągnięciem było otrzymanie BeaSTEx, przeprojektowanej polimerazy Bst(odnośnik otworzy się w nowym oknie) używanej do amplifikacji DNA. BeaSTEx charakteryzuje się wyższą wydajnością katalityczną i kinetyką amplifikacji w porównaniu do natywnego enzymu. Te ulepszone właściwości sprawiają, że enzym doskonale nadaje się do szybkich testów. Zautomatyzowane, wysokoprzepustowe badania przesiewowe umożliwiły ocenę tysięcy potencjalnych formulacji oraz identyfikację stabilizatorów i wzmacniaczy kinetycznych, które przyspieszyły działanie enzymu bez utraty jego specyficzności. Zespół stworzył również suszone powietrzem formaty odczynników, które można przechowywać poza warunkami chłodniczymi i które umożliwiają natychmiastowe ponowne uwodnienie. Wszystkie te osiągnięcia umożliwiły badaczom z projektu RVDR opracowanie ultraszybkich testów zdolnych do wiarygodnego wykrywania w trudnych matrycach, takich jak nieprzetworzona ślina, wyznaczając nowy standard w zakresie szybkości diagnostyki molekularnej.
Integracja z istniejącymi procedurami i wyznaczenie przyszłych kierunków
Formuły zaprojektowane w ramach projektu RVDR płynnie integrują się z istniejącymi urządzeniami diagnostycznymi, w szczególności z systemami przenośnymi i stosowanymi w miejscu sprawowania opieki. Stabilność tych odczynników eliminuje wiele barier operacyjnych, które dotychczas ograniczały możliwość wykonania testów w warunkach terenowych. „Nasze podejście może również znaleźć zastosowanie poza diagnostyką wirusów”, podkreśla Lőrincz. Te same właściwości biochemiczne sprawiają, że technologia ta mogłaby być wykorzystywana do celów wykrywania patogenów bakteryjnych, testowania bezpieczeństwa żywności i nadzoru środowiskowego. Ta wszechstronność wyznacza nowy standard zdecentralizowanej diagnostyki, wzmacnia jej potencjalny wpływ w wielu sektorach i oferuje potężne narzędzie do przygotowania się na przyszłe epidemie. Kolejna faza projektu obejmuje zwiększenie produkcji zgodnie z normami jakości ISO9001 i ISO13485, ukończenie badań stabilności oraz wdrożenie formuł na komercyjne platformy diagnostyczne. Zespół dąży również do budowania partnerstw wspierających wdrażanie rozwiązania w odległych ośrodkach dysponujących ograniczonymi zasobami. Prace konsorcjum, w skład którego weszły firmy TargetEx Biosciences i PCR Biosystems UK, były współfinansowane w ramach programu „Horyzont Europa” oraz przez Krajowe Biuro Badań, Rozwoju i Innowacji na Węgrzech (NKFIH), a także brytyjską Agencję Innowacji (Innovate UK).