Cómo CRISPR está ayudando a los científicos a crear una mejor prueba de coronavirus

Gil Cohen-Magen / Getty Images

Por el momento, si desea saber si tiene Covid-19, debe introducirse una prueba de hisopo en la nariz, enviar la muestra a un laboratorio y luego esperar. El envío, la prueba y la devolución de un resultado pueden llevar horas en el mejor de los casos y días en el peor, y los laboratorios del Reino Unido ya están muy atrasados.

Este tipo de prueba funciona, pero todo ese tiempo de laboratorio significa que es lento. Se han promocionado nuevas pruebas en desarrollo que utilizan CRISPR de edición de genes como una solución potencial, que ofrece un resultado en minutos en el punto de atención, o incluso en su propia casa.

CRISPR son las siglas de Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats, pero eso realmente no explica el descubrimiento hecho por la bioquímica Jennifer Doudna en 2012. La edición de genes era posible pero increíblemente difícil antes de que ella y su colaboradora Emmanuelle Charpentier descubrieran una forma de programar una proteína conocida como Cas9 para actuar como una herramienta de cortar y pegar para eliminar o alterar fragmentos de ADN.

Entonces, cuando la pandemia de Covid-19 golpeó a principios de este año, los investigadores, incluido Doudna, cambiaron rápidamente su trabajo CRISPR para abordar el brote. Llevaba mucho tiempo trabajando en la aplicación de CRISPR a los diagnósticos a través de su laboratorio en Berkeley, así como de las empresas que cofundó, Caribou Biosciences y Mammoth Biosciences, y esta última ahora está desarrollando una prueba COVID. "Como muchas otras cosas, la aparición de la pandemia acaba de acelerar el ritmo de todo eso", dice.

Por el momento, la mayor parte de las pruebas de Covid-19 son PCR, o reacciones en cadena de la polimerasa, que convierten muestras de una sola hebra de ARN viral en ADN de doble cadena y luego lo amplifican en cantidades más grandes que son más fáciles de detectar. "Y eso está bien, pero necesita tecnología específica, enzimas particulares y ciclos de calor que realmente puedan aumentar y disminuir las temperaturas con precisión muy rápido", explica Colin Butter, profesor asociado de la Universidad de Lincoln.

Las pruebas basadas en CRISPR en las obras de Mammoth y rivales como Sherlock Biosciences no necesitan un laboratorio, un técnico o ese cambio de temperatura. "No se requiere toda esta tecnología para subir y bajar la temperatura porque es una reacción isotérmica", dice Butter. "Puede suceder muy fácilmente y en una situación de campo". Además, son mucho más rápidos, tardan tan solo 20 minutos y son mucho más baratos.

La prueba que Mammoth ha creado utiliza tecnología CRISPR, pero en lugar de programar una proteína para encontrar un poco de gen para cortar, la detecta. Apodado DETECTR, el sistema empareja una proteína Cas12, que normalmente corta y pega la edición de genes, con una guía de ARN que se parece al virus. Cuando se presenta a una muestra de un paciente, si encuentra una coincidencia, la proteína comienza a cortar no solo el ARN que coincide, sino todo el ARN que puede encontrar, y eso incluye un ARN informador que se ha agregado a la muestra.

Todo eso se somete a un sistema de detección de flujo, similar a una prueba de embarazo, que tiene filtros para detener los ARN reporteros completos en una posición si no hay virus o los cortados en una posición diferente. si hay Sars-Cov-2 presente, dando un resultado que se puede leer en una línea en el papel. Todo significa que no es necesario enviar la prueba a un laboratorio para su procesamiento y da un resultado que puede ser leído por una persona no capacitada en 20 minutos, dice Doudna.

La buena noticia es que la prueba se detalló en un artículo revisado por pares en Nature en abril, y Mammoth se asoció con GSK para producir pruebas en mayo. La versión de laboratorio recibió la autorización de emergencia de la FDA en los EE. UU. A fines de agosto. Doudna dice que las pruebas que utilizan este enfoque se usarán inicialmente en los laboratorios, pero el objetivo final es una prueba casera, que la compañía ha dicho que podría estar disponible para fin de año. La demora tiene que ver con la creación del formato de prueba, incluida la forma de recolectar una muestra para aquellos de nosotros que no estamos acostumbrados a meternos un hisopo en la nariz.

Esa es la clave, ya que las muestras tomadas incorrectamente conducen a falsos negativos con las pruebas Covid-19; si no acierta en el lugar correcto, es posible que todo salga bien cuando en realidad está infectado. Hay esperanzas de que tales pruebas funcionen con la saliva, facilitando el proceso para los usuarios domésticos, pero el trabajo de Mammoth con GSK es para una versión de hisopado nasal. Los resultados de estas pruebas pueden ser tan fáciles de interpretar como una prueba de embarazo casera, pero obtener una muestra precisa es mucho más difícil que orinar en un palito.

Mammoth no es la única empresa que compite en crear una prueba basada en CRISPR. Sherlock Biosciences, empresa rival de CRISPR, cofundada con Feng Zhang de Harvard y MIT, fue la primera en obtener la autorización de emergencia de la FDA de EE. UU. Y opera de manera similar a DETECTR de Mammoth, aunque utiliza una proteína CAS diferente. Una proteína Cas13 se empareja con una guía de ARN para detectar el virus; si encuentra una coincidencia, corta el ARN, incluida una hebra de informe, y se ejecuta a través de una prueba de embarazo con un resultado fácil de leer.

Es una tecnología prometedora, pero hasta ahora las pruebas de Sherlock y Mammoth solo están diseñadas para funcionar en laboratorios y solo están aprobadas a través de esa autorización de emergencia para su uso en entornos de laboratorio. Hasta que se cree y apruebe una versión en el hogar o en el punto de atención, esto no resuelve los cuellos de botella que se crean actualmente con el envío a un laboratorio para su procesamiento. Si bien Doudna cree que una prueba en el punto de atención estará disponible este año, el hecho de que ninguna de las compañías haya sido aprobada para pruebas caseras muestra que queda más trabajo.

Incluso si estas pruebas funcionan, el hecho de que aún no estén listas podría dejarlas fuera de funcionamiento a largo plazo. "A veces las cosas se ven superadas por los acontecimientos", dice Butter. "Y ahora finalmente las pruebas de PCR se están intensificando, y están saliendo pruebas en el punto de atención, por lo que su utilidad en general puede ser un problema de adopción de tecnología".

Si tales pruebas CRISPR funcionan, podrían potencialmente detectar múltiples enfermedades, permitiendo que alguien con resfriado descubra si tiene Covid-19, influenza o ambos, una característica que será cada vez más importante a medida que la pandemia se prolongue hasta la temporada de influenza. "Esa es una necesidad muy inmediata que está surgiendo, poder distinguir entre diferentes tipos de infecciones", dice Doudna. Una vez más, las pruebas aprobadas hasta ahora son solo para Covid-19, y se requerirá un mayor desarrollo y autorización antes de que las pruebas duales de influenza-coronavirus estén en los estantes de las farmacias, aunque podrían ser nada más que dos pruebas, una para cada enfermedad, en el misma caja.

Hay otro beneficio en el desarrollo de diagnósticos CRISPR: Doudna dice que si una prueba Sars-Cov-2 funciona, debería funcionar con otros virus, lo que significa que todo el esfuerzo frenético para crear estas herramientas de diagnóstico será beneficioso en la próxima pandemia. , siempre que aterrice. “Podemos usarlo para detectar coronavirus, pero también podemos cambiarlo fácilmente para reconocer otros tipos de virus”, dice.

Hay otras formas en que CRISPR está ayudando en la batalla contra este coronavirus ahora. Rupert Beale es investigador en el Francis Crick Institute, donde usa CRISPR para comprender mejor cómo opera y se propaga Sars-CoV-2.

En febrero, el investigador y su laboratorio comenzaron a analizar qué genes eran necesarios para la replicación de Sars-CoV-2. "En términos generales, lo que se hace es eliminar todos los genes del genoma mediante CRISPR", dice. Eso permite a los investigadores ver si la eliminación de un gen ayuda a que un virus se replique o impide que se replique.

El objetivo es estudiar aspectos del ciclo de vida del virus y compararlo con otros coronavirus estacionales. Eso podría ayudar a comprender la dinámica de transmisión, dice, o el rango de huéspedes potencial, al observar, digamos, las proteínas del pangolín. "Estamos muy interesados ​​en entender cómo es que Sars-CoV-2 causa inflamación y cómo se relaciona con la forma en que secuestra ciertas vías celulares", agrega. Todo esto podría hacerse con técnicas diferentes a CRISPR, agrega, pero es más fácil y rápido.

En el futuro, las tecnologías CRISPR podrían usarse para tratamientos. Investigadores de la Universidad de Stanford estaban trabajando en formas de usar CRISPR para combatir la influenza, pero giraron hacia el coronavirus cuando golpeó la pandemia, combinando una enzima que mata virus con ARN guía en un esfuerzo por entrometerse con el código genético en SARS-COV-2, en el esperanzas de evitar que se reproduzca.

El problema es la entrega, ya que no es una tarea pequeña conseguir un sistema CRISPR dentro de un cuerpo humano: los diversos componentes son simplemente demasiado grandes para acceder a sus células objetivo, por lo que se buscan variantes más pequeñas, al igual que las versiones editadas que se reducen a un tamaño más manejable y sistemas de entrega que llevan el sistema a la ubicación correcta. "El desafío de usar CRISPR como tratamiento para una infección viral como el coronavirus es que es difícil ver cómo lo administraríamos en las células de un paciente infectado", dice Doudna. “Ese es solo un desafío fundamental para todo el campo de la edición de genes: cómo entregamos CRISPR en células y tejidos”.

Los investigadores de Stanford están trabajando con Molecular Foundry en Berkley en un sistema de suministro potencial que utiliza moléculas sintéticas llamadas lipitoides para llevar los sistemas necesarios a los pulmones donde vive Sars-CoV-2, pero hasta que se resuelva ese desafío de enormes proporciones, CRISPR ganó ' Probablemente sea útil como cura para Covid-19.

Doudna cree que eso está muy lejos. Pero ese es el lado positivo de la carnicería del Covid-19: la presión de una pandemia ha acelerado la ciencia al concentrar los esfuerzos de los investigadores. "Creo que hace unos meses no podíamos haber imaginado lo rápido que se mueve ahora", dice Doudna.

Para Covid-19, el ritmo más rápido del desarrollo de diagnóstico CRISPR y la aprobación regulatoria podrían brindarnos pruebas en el hogar que no necesitan enviarse al laboratorio, lo que nos da una respuesta en minutos si estamos infectados. , permitiéndonos regresar al trabajo, viajar y cualquier otra cosa que nos falte en el encierro. Pero mientras tanto, tendremos que esperar a que nuestros hisopos regresen del laboratorio.

Jennifer Doudna será una de las oradoras en Mundo Informático Health: Tech el 22 de septiembre, un evento que explora las tendencias de salud aceleradas por Covid-19. Los oradores incluyen a Heidi Larson, directora y fundadora de The Vaccine Confidence Project, y al científico y autor Eric Topol. Los boletos comienzan en solo £ 40 + IVA. Reserve sus entradas aquí.

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