JP2023520754A - SARS-CoV-2ウイルスの迅速で現場配備可能な検出 - Google Patents
SARS-CoV-2ウイルスの迅速で現場配備可能な検出 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023520754A JP2023520754A JP2022556273A JP2022556273A JP2023520754A JP 2023520754 A JP2023520754 A JP 2023520754A JP 2022556273 A JP2022556273 A JP 2022556273A JP 2022556273 A JP2022556273 A JP 2022556273A JP 2023520754 A JP2023520754 A JP 2023520754A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rna
- cov
- sars
- sample
- fluorescence
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 241001678559 COVID-19 virus Species 0.000 title claims abstract description 19
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title description 223
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 claims abstract description 562
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 221
- 108020005004 Guide RNA Proteins 0.000 claims abstract description 109
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 57
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 345
- 238000003556 assay Methods 0.000 claims description 274
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 169
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 168
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 claims description 158
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 158
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 138
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 134
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 111
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 claims description 82
- 108091033409 CRISPR Proteins 0.000 claims description 61
- 238000010354 CRISPR gene editing Methods 0.000 claims description 60
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 51
- 108020000999 Viral RNA Proteins 0.000 claims description 50
- 230000007022 RNA scission Effects 0.000 claims description 49
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 48
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 37
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 claims description 34
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 29
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 28
- 230000007017 scission Effects 0.000 claims description 28
- 108010042407 Endonucleases Proteins 0.000 claims description 24
- 102000004533 Endonucleases Human genes 0.000 claims description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 18
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 claims description 15
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 14
- KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N Lysine Natural products NCCCCC(N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 206010036790 Productive cough Diseases 0.000 claims description 9
- 210000003097 mucus Anatomy 0.000 claims description 9
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 claims description 9
- 210000003802 sputum Anatomy 0.000 claims description 9
- 208000024794 sputum Diseases 0.000 claims description 9
- 125000003588 lysine group Chemical group [H]N([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(N([H])[H])C(*)=O 0.000 claims description 8
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 claims description 8
- 238000011225 antiretroviral therapy Methods 0.000 claims description 7
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 7
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 7
- 150000003431 steroids Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 claims description 6
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 6
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 6
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 claims description 6
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 claims description 6
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 claims description 5
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 5
- 230000000840 anti-viral effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 claims description 4
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 3
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 claims description 2
- 230000035772 mutation Effects 0.000 abstract description 44
- 208000025721 COVID-19 Diseases 0.000 abstract description 35
- 208000037847 SARS-CoV-2-infection Diseases 0.000 abstract description 12
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 abstract description 8
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 abstract description 8
- 230000007420 reactivation Effects 0.000 abstract description 2
- 102000001708 Protein Isoforms Human genes 0.000 abstract 1
- 108010029485 Protein Isoforms Proteins 0.000 abstract 1
- 230000002103 transcriptional effect Effects 0.000 abstract 1
- 108091079001 CRISPR RNA Proteins 0.000 description 187
- 102000004389 Ribonucleoproteins Human genes 0.000 description 94
- 108010081734 Ribonucleoproteins Proteins 0.000 description 94
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 46
- 239000000047 product Substances 0.000 description 46
- 102000040650 (ribonucleotides)n+m Human genes 0.000 description 43
- 108010083644 Ribonucleases Proteins 0.000 description 43
- 102000006382 Ribonucleases Human genes 0.000 description 43
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 38
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 37
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 32
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 31
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 31
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 31
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 31
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 30
- 230000003612 virological effect Effects 0.000 description 25
- 241000482741 Human coronavirus NL63 Species 0.000 description 24
- 201000003176 Severe Acute Respiratory Syndrome Diseases 0.000 description 23
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 23
- 108090000626 DNA-directed RNA polymerases Proteins 0.000 description 21
- 102000004163 DNA-directed RNA polymerases Human genes 0.000 description 21
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 21
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 21
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 20
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 20
- 239000013610 patient sample Substances 0.000 description 19
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 18
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 18
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 18
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 18
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 18
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 16
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 16
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 16
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 15
- 101150106848 rnp-2 gene Proteins 0.000 description 15
- 229920001213 Polysorbate 20 Polymers 0.000 description 14
- 238000002123 RNA extraction Methods 0.000 description 14
- 239000013614 RNA sample Substances 0.000 description 14
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 13
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 13
- 239000000256 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Substances 0.000 description 13
- 235000010486 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Nutrition 0.000 description 13
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 12
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 101710163270 Nuclease Proteins 0.000 description 11
- 238000011529 RT qPCR Methods 0.000 description 11
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 11
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 11
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 11
- 241000123728 Leptotrichia buccalis Species 0.000 description 10
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 10
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 10
- 238000003752 polymerase chain reaction Methods 0.000 description 10
- 238000003762 quantitative reverse transcription PCR Methods 0.000 description 10
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 9
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 9
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 9
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 9
- 241000494545 Cordyline virus 2 Species 0.000 description 8
- 241001428935 Human coronavirus OC43 Species 0.000 description 8
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 8
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 8
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 8
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 8
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 8
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 8
- 108060004795 Methyltransferase Proteins 0.000 description 7
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 7
- 239000003161 ribonuclease inhibitor Substances 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 241000711573 Coronaviridae Species 0.000 description 6
- 241000127282 Middle East respiratory syndrome-related coronavirus Species 0.000 description 6
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 6
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 6
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 6
- 101150116208 rnp4 gene Proteins 0.000 description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 5
- 210000002919 epithelial cell Anatomy 0.000 description 5
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 5
- 239000012139 lysis buffer Substances 0.000 description 5
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 5
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 4
- BZTDTCNHAFUJOG-UHFFFAOYSA-N 6-carboxyfluorescein Chemical compound C12=CC=C(O)C=C2OC2=CC(O)=CC=C2C11OC(=O)C2=CC=C(C(=O)O)C=C21 BZTDTCNHAFUJOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 4
- 241000029603 Leptotrichia shahii Species 0.000 description 4
- 241000276498 Pollachius virens Species 0.000 description 4
- 241001135217 Prevotella buccae Species 0.000 description 4
- 229940096437 Protein S Drugs 0.000 description 4
- 108010066717 Q beta Replicase Proteins 0.000 description 4
- 101710198474 Spike protein Proteins 0.000 description 4
- DRTQHJPVMGBUCF-XVFCMESISA-N Uridine Chemical compound O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1N1C(=O)NC(=O)C=C1 DRTQHJPVMGBUCF-XVFCMESISA-N 0.000 description 4
- OIRDTQYFTABQOQ-KQYNXXCUSA-N adenosine Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H]1O OIRDTQYFTABQOQ-KQYNXXCUSA-N 0.000 description 4
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 4
- 238000003705 background correction Methods 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 229940051184 imdevimab Drugs 0.000 description 4
- 208000037797 influenza A Diseases 0.000 description 4
- 208000037798 influenza B Diseases 0.000 description 4
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 4
- 238000002493 microarray Methods 0.000 description 4
- 238000002703 mutagenesis Methods 0.000 description 4
- 231100000350 mutagenesis Toxicity 0.000 description 4
- 238000003753 real-time PCR Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- RWWYLEGWBNMMLJ-YSOARWBDSA-N remdesivir Chemical compound NC1=NC=NN2C1=CC=C2[C@]1([C@@H]([C@@H]([C@H](O1)CO[P@](=O)(OC1=CC=CC=C1)N[C@H](C(=O)OCC(CC)CC)C)O)O)C#N RWWYLEGWBNMMLJ-YSOARWBDSA-N 0.000 description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 4
- 229940124597 therapeutic agent Drugs 0.000 description 4
- 101150013191 E gene Proteins 0.000 description 3
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 3
- 241000904817 Lachnospiraceae bacterium Species 0.000 description 3
- 241001453171 Leptotrichia Species 0.000 description 3
- 241000029590 Leptotrichia wadei Species 0.000 description 3
- 108090001074 Nucleocapsid Proteins Proteins 0.000 description 3
- 241001099939 Paludibacter propionicigenes Species 0.000 description 3
- 206010035664 Pneumonia Diseases 0.000 description 3
- 108091008103 RNA aptamers Proteins 0.000 description 3
- 241000315672 SARS coronavirus Species 0.000 description 3
- 108091007520 SARS-CoV-2 RNA polymerases Proteins 0.000 description 3
- 101500025257 Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 RNA-directed RNA polymerase nsp12 Proteins 0.000 description 3
- ZMJPCIAEJKVKMQ-UHFFFAOYSA-M [4-[[4-[benzyl(methyl)amino]phenyl]-[4-(dimethylamino)phenyl]methylidene]cyclohexa-2,5-dien-1-ylidene]-dimethylazanium;chloride Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC=C1C(C=1C=CC(=CC=1)N(C)CC=1C=CC=CC=1)=C1C=CC(=[N+](C)C)C=C1 ZMJPCIAEJKVKMQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 3
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 3
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 3
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 3
- 238000007620 mathematical function Methods 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 3
- 210000002220 organoid Anatomy 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- 239000002569 water oil cream Substances 0.000 description 3
- 108020005345 3' Untranslated Regions Proteins 0.000 description 2
- FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 4-amino-1-[(2r)-6-amino-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-amino-3-phenylpropanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]piperidine-4-carboxylic acid Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N1CCC(N)(CC1)C(O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 0.000 description 2
- 108020003589 5' Untranslated Regions Proteins 0.000 description 2
- 102100035765 Angiotensin-converting enzyme 2 Human genes 0.000 description 2
- 108090000975 Angiotensin-converting enzyme 2 Proteins 0.000 description 2
- 241000132016 Baccharis Species 0.000 description 2
- 239000002126 C01EB10 - Adenosine Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 206010061818 Disease progression Diseases 0.000 description 2
- 241000613556 Herbinix hemicellulosilytica Species 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108091028664 Ribonucleotide Proteins 0.000 description 2
- 241000580858 Simian-Human immunodeficiency virus Species 0.000 description 2
- 108010090804 Streptavidin Proteins 0.000 description 2
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 2
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 2
- ISAKRJDGNUQOIC-UHFFFAOYSA-N Uracil Chemical compound O=C1C=CNC(=O)N1 ISAKRJDGNUQOIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940126222 Veklury Drugs 0.000 description 2
- 241000907316 Zika virus Species 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960005305 adenosine Drugs 0.000 description 2
- 239000012062 aqueous buffer Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DRTQHJPVMGBUCF-PSQAKQOGSA-N beta-L-uridine Natural products O[C@H]1[C@@H](O)[C@H](CO)O[C@@H]1N1C(=O)NC(=O)C=C1 DRTQHJPVMGBUCF-PSQAKQOGSA-N 0.000 description 2
- 238000010256 biochemical assay Methods 0.000 description 2
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 2
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 101150098304 cas13a gene Proteins 0.000 description 2
- 239000013592 cell lysate Substances 0.000 description 2
- 210000001175 cerebrospinal fluid Anatomy 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000002299 complementary DNA Substances 0.000 description 2
- 238000003271 compound fluorescence assay Methods 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 description 2
- UREBDLICKHMUKA-CXSFZGCWSA-N dexamethasone Chemical compound C1CC2=CC(=O)C=C[C@]2(C)[C@]2(F)[C@@H]1[C@@H]1C[C@@H](C)[C@@](C(=O)CO)(O)[C@@]1(C)C[C@@H]2O UREBDLICKHMUKA-CXSFZGCWSA-N 0.000 description 2
- 229960003957 dexamethasone Drugs 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 230000005750 disease progression Effects 0.000 description 2
- 241001493065 dsRNA viruses Species 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000002866 fluorescence resonance energy transfer Methods 0.000 description 2
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 2
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 108020004999 messenger RNA Proteins 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- RWWYLEGWBNMMLJ-MEUHYHILSA-N remdesivir Drugs C([C@@H]1[C@H]([C@@H](O)[C@@](C#N)(O1)C=1N2N=CN=C(N)C2=CC=1)O)OP(=O)(N[C@@H](C)C(=O)OCC(CC)CC)OC1=CC=CC=C1 RWWYLEGWBNMMLJ-MEUHYHILSA-N 0.000 description 2
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 2
- 238000010839 reverse transcription Methods 0.000 description 2
- 239000002336 ribonucleotide Substances 0.000 description 2
- 125000002652 ribonucleotide group Chemical group 0.000 description 2
- 238000013207 serial dilution Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N thymine Chemical compound CC1=CNC(=O)NC1=O RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002627 tracheal intubation Methods 0.000 description 2
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 2
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- DRTQHJPVMGBUCF-UHFFFAOYSA-N uracil arabinoside Natural products OC1C(O)C(CO)OC1N1C(=O)NC(=O)C=C1 DRTQHJPVMGBUCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940045145 uridine Drugs 0.000 description 2
- 230000009385 viral infection Effects 0.000 description 2
- WCKQPPQRFNHPRJ-UHFFFAOYSA-N 4-[[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl]benzoic acid Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC=C1N=NC1=CC=C(C(O)=O)C=C1 WCKQPPQRFNHPRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 description 1
- 101100214578 Arabidopsis thaliana 3MMP gene Proteins 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241000611351 Bergeyella Species 0.000 description 1
- 241000008904 Betacoronavirus Species 0.000 description 1
- 241000710780 Bovine viral diarrhea virus 1 Species 0.000 description 1
- 241001580405 Cardiovirus A Species 0.000 description 1
- 108091026890 Coding region Proteins 0.000 description 1
- 241000702662 Cypovirus Species 0.000 description 1
- 208000001490 Dengue Diseases 0.000 description 1
- 206010012310 Dengue fever Diseases 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000988559 Enterovirus A Species 0.000 description 1
- 241000991587 Enterovirus C Species 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000186394 Eubacterium Species 0.000 description 1
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 241000710198 Foot-and-mouth disease virus Species 0.000 description 1
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010069767 H1N1 influenza Diseases 0.000 description 1
- 208000005176 Hepatitis C Diseases 0.000 description 1
- 241000702626 Infectious bursal disease virus Species 0.000 description 1
- 241000710921 Infectious pancreatic necrosis virus Species 0.000 description 1
- 241000712431 Influenza A virus Species 0.000 description 1
- 241000713196 Influenza B virus Species 0.000 description 1
- 241000710842 Japanese encephalitis virus Species 0.000 description 1
- 108091026898 Leader sequence (mRNA) Proteins 0.000 description 1
- 101000860100 Leptotrichia buccalis (strain ATCC 14201 / DSM 1135 / JCM 12969 / NCTC 10249 / C-1013-b) CRISPR-associated endoribonuclease Cas13a Proteins 0.000 description 1
- 241001055859 Leptotrichia buccalis C-1013-b Species 0.000 description 1
- 241000390917 Listeria newyorkensis Species 0.000 description 1
- 241000186807 Listeria seeligeri Species 0.000 description 1
- 102000018697 Membrane Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010052285 Membrane Proteins Proteins 0.000 description 1
- 208000025370 Middle East respiratory syndrome Diseases 0.000 description 1
- 241000221961 Neurospora crassa Species 0.000 description 1
- 101800000935 Non-structural protein 12 Proteins 0.000 description 1
- 101800000509 Non-structural protein 8 Proteins 0.000 description 1
- 241000714209 Norwalk virus Species 0.000 description 1
- 229940122426 Nuclease inhibitor Drugs 0.000 description 1
- 108091005461 Nucleic proteins Proteins 0.000 description 1
- 241000243985 Onchocerca volvulus Species 0.000 description 1
- 241000713112 Orthobunyavirus Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 108020002230 Pancreatic Ribonuclease Proteins 0.000 description 1
- 102000005891 Pancreatic ribonuclease Human genes 0.000 description 1
- 108010076039 Polyproteins Proteins 0.000 description 1
- 241000611831 Prevotella sp. Species 0.000 description 1
- 101000933967 Pseudomonas phage KPP25 Major capsid protein Proteins 0.000 description 1
- 230000004570 RNA-binding Effects 0.000 description 1
- 241000714203 Rabbit hemorrhagic disease virus Species 0.000 description 1
- 241000702263 Reovirus sp. Species 0.000 description 1
- 241001325464 Rhinovirus A Species 0.000 description 1
- 241000191023 Rhodobacter capsulatus Species 0.000 description 1
- 241000702670 Rotavirus Species 0.000 description 1
- 241001137860 Rotavirus A Species 0.000 description 1
- 101100472566 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) RNA15 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000369753 Sapporo virus Species 0.000 description 1
- 101100316897 Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 E gene Proteins 0.000 description 1
- 101100240079 Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 N gene Proteins 0.000 description 1
- 101001024637 Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 Nucleoprotein Proteins 0.000 description 1
- 108091081024 Start codon Proteins 0.000 description 1
- 241001420369 Thosea Species 0.000 description 1
- 108091036066 Three prime untranslated region Proteins 0.000 description 1
- 239000007984 Tris EDTA buffer Substances 0.000 description 1
- 241001106476 Violaceae Species 0.000 description 1
- 208000036142 Viral infection Diseases 0.000 description 1
- 208000020329 Zika virus infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 241000193458 [Clostridium] aminophilum Species 0.000 description 1
- 230000001594 aberrant effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000009175 antibody therapy Methods 0.000 description 1
- 239000003443 antiviral agent Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000013096 assay test Methods 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 210000001185 bone marrow Anatomy 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 108091092328 cellular RNA Proteins 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000009918 complex formation Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 208000025729 dengue disease Diseases 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000007843 droplet-based assay Methods 0.000 description 1
- 238000000835 electrochemical detection Methods 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 210000003527 eukaryotic cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000011536 extraction buffer Substances 0.000 description 1
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 1
- GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N fluorescein Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC=C(O)C=C1OC1=CC(O)=CC=C21 GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MHMNJMPURVTYEJ-UHFFFAOYSA-N fluorescein-5-isothiocyanate Chemical compound O1C(=O)C2=CC(N=C=S)=CC=C2C21C1=CC=C(O)C=C1OC1=CC(O)=CC=C21 MHMNJMPURVTYEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002875 fluorescence polarization Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000013537 high throughput screening Methods 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002458 infectious effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000011901 isothermal amplification Methods 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 230000002934 lysing effect Effects 0.000 description 1
- 108010026228 mRNA guanylyltransferase Proteins 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N methane;molecular fluorine Chemical compound C.FF QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009149 molecular binding Effects 0.000 description 1
- 230000004001 molecular interaction Effects 0.000 description 1
- 238000007837 multiplex assay Methods 0.000 description 1
- 210000001989 nasopharynx Anatomy 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 210000001331 nose Anatomy 0.000 description 1
- 230000000474 nursing effect Effects 0.000 description 1
- 208000003177 ocular onchocerciasis Diseases 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000001816 polyoxyethylene sorbitan tristearate Substances 0.000 description 1
- 238000011533 pre-incubation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 210000001236 prokaryotic cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 238000002708 random mutagenesis Methods 0.000 description 1
- 239000011535 reaction buffer Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 1
- 230000003362 replicative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002271 resection Methods 0.000 description 1
- 208000023504 respiratory system disease Diseases 0.000 description 1
- 238000003757 reverse transcription PCR Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- ZNJHFNUEQDVFCJ-UHFFFAOYSA-M sodium;2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].OCCN1CCN(CCS(O)(=O)=O)CC1 ZNJHFNUEQDVFCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000013179 statistical model Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 201000010740 swine influenza Diseases 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012956 testing procedure Methods 0.000 description 1
- 229940113082 thymine Drugs 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 241000712461 unidentified influenza virus Species 0.000 description 1
- 241001515965 unidentified phage Species 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 229940035893 uracil Drugs 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007485 viral shedding Effects 0.000 description 1
- 210000002845 virion Anatomy 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/70—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving virus or bacteriophage
- C12Q1/701—Specific hybridization probes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/11—DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/11—DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
- C12N15/113—Non-coding nucleic acids modulating the expression of genes, e.g. antisense oligonucleotides; Antisense DNA or RNA; Triplex- forming oligonucleotides; Catalytic nucleic acids, e.g. ribozymes; Nucleic acids used in co-suppression or gene silencing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/14—Hydrolases (3)
- C12N9/16—Hydrolases (3) acting on ester bonds (3.1)
- C12N9/22—Ribonucleases RNAses, DNAses
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6813—Hybridisation assays
- C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
- C12Q1/6825—Nucleic acid detection involving sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
- G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N2310/00—Structure or type of the nucleic acid
- C12N2310/10—Type of nucleic acid
- C12N2310/20—Type of nucleic acid involving clustered regularly interspaced short palindromic repeats [CRISPRs]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q2563/00—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties
- C12Q2563/107—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
- G01N2021/6463—Optics
- G01N2021/6469—Cavity, e.g. ellipsoid
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Virology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
- Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
本開示は、増強した特異性および感度でサンプル中のSARS-CoV-2 RNAの存在を検出および定量するために、SARS-CoV-2 crRNAガイドRNAと複合体化されているCRISPR-Cas13酵素を使用する方法に関する。これらの方法は、SARS-CoV-2感染を診断するため、サンプル中に存在するSARS-CoV-2 RNAの濃度を定量するため、異なるSARS-CoV-2のスプライスバリアント、サブタイプ、または突然変異の存在を同定するため、およびSARS-CoV-2の転写の再活性化をモニタリングするために使用することができる。
Description
本願発明は、SARS-CoV-2ウイルスの迅速で現場配備可能な検出に関連する。
COVID-19という疾患の原因である、正式にはSARS-CoV-2と呼ばれる高感染性コロナウイルスの検出は、医療支援を必要とする場所の的を絞るために重要である。例えば、2020年3月の半ばまでに、疾病予防管理センター(CDC)および米国公衆衛生研究所では、その検出のためにわずか約17000回の検査が行われたにすぎない。2020年9月までに、またさらには2021年3月までに、COVID-19感染の数は依然として増大しており、COVID-19は米国において制御されていない状態である。
しかし、無症候の個体は、確認された感染の42%をも占め(ラヴェッツォ(Lavezzo)ら、2020)、このような無症候の個体もまた、SARS-CoV-2感染を広げ得る。COVID-19はまた、症候が現れる前にも広がる。したがって、体温チェックによる症候のスクリーニングでは、感染した個体を確実に同定することもパンデミックを阻止することもできていない。
加えて、新たなSARS-CoV-2のバリアントおよび突然変異が生じており、一部は、感染性がさらに高いだけではなく、死亡または重篤な病気のリスクを増大させ得る。例えば、研究者は、少なくとも14のSARS-CoV-2株を同定した。
最近のウイルスダイナミクスモデリングは、COVID-19の伝染を制御下に置くには、結果までのターンアラウンドタイムが短い頻繁な検査が必要であることを示している(ラレーモア(Larremore)ら、2020)。PCRによるウイルスRNAの検出は、現在、SARS-CoV-2診断のゴールドスタンダードであるが、この方法は、検査室へのアクセスおよび数日間のターンアラウンドタイムを伴う。この方法ではもちろん、極めて重要な、人々が集中する地点、例えば、空港、介護施設、または学校で、タイムリーな結果を得ることはできない。SARS-CoV-2のRNAを検出するための迅速で扱いやすい新規な技術の開発が、強く必要とされている。この必要性に対処できなければ、現在のアウトブレイクの効果的な阻止が遅れ、人から人への拡大が米国で指数関数的に増える可能性が増し、数千の米国民、特に高齢者および医学的状態を既に有している人々の生命が奪われるであろう(ヤン(Young)ら(2020年3月)、ワン(Wang)ら(2020年2月)、ウー(Wu)ら(2020年2月))。
したがって、SARS-CoV-2に感染している人々を同定するための、より速く、そしてより効果的な検査手順が必要とされている。
現在利用可能な方法および装置よりも速く、かつ迅速に現場配備される、SARS-CoV-2を検出および定量するための方法、組成物、および装置が、本明細書において記載される。加えて、本方法、組成物、および装置はまた、SARS-CoV-2の突然変異体およびバリアントを容易に検出および区別することができる。
本明細書において記載される方法は、(a)SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルを、Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、およびレポータRNAと、1つまたは複数のレポータRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、ならびに(b)レポータRNA切断産物のレベルをディテクターで検出する工程を含み得る。一部の場合では、SARS-CoV-2のRNAおよび/またはレポータRNA切断産物は、検出工程の前に逆転写されていない。このような方法は、サンプルがSARS-CoV-2 RNAの1つまたは複数のコピーを含有するかどうかを検出するために有用である。本方法はまた、SARS-CoV-2感染の不存在の検出にも有用である。さらに、本明細書において記載される方法および組成物は、SARS-CoV-2のバリアント株または突然変異株がサンプル中に存在するかどうか、およびバリアントまたは突然変異が何であるかを容易に同定することもできる。
一部の態様では、本開示は、(a)サンプルを、Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、および少なくとも1つのレポータRNAと、1つまたは複数のレポータRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、ならびに(b)レポータRNA切断産物の量または濃度をディテクターで分析する工程を含む、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプル中のSARS-CoV-2 RNAの濃度を定量するための方法を提供する。一部の場合では、SARS-CoV-2のRNAおよび/またはレポータRNA切断産物は、検出工程の前に逆転写されていない。
単一のタイプのレポータRNAが使用され得る。レポータRNAは、切断されると検出可能なシグナルを生じさせるように構成されていてよい。例えば、レポータRNAは、1つの位置(例えば、一方の末端)にフルオロフォアを、また別の位置(例えば、他方の末端)にクエンチャーを有し得る。別の例では、レポータRNAは、Cas13タンパク質によって切断されると酸化還元プローブまたはトランスデューサーへの電子移動を生じさせ得る、電気化学的部分(例えば、フェロセンまたは色素)を有し得る。別の例では、レポータRNAは色素を有し得、そのため、レポータRNAが切断されると、色素がトランスデューサーによって検出される。一部の場合では、レポータRNAの一方の末端は固体表面に結合していてよい。例えば、レポータRNAは、切断されるとシグナルを放出するカンチレバーとして構成され得る。アッセイ容器またはアッセイ材料の表面は、シグナルの放出を感知するためのディテクターを有し得る。シグナルは、光シグナル(例えば、蛍光または検出可能な色素)、電子的シグナル、電気化学的シグナル、静電気的シグナル、立体的シグナル、ファンデルワールス相互作用シグナル、水和シグナル、共鳴周波数シフトシグナル、またはこれらの組み合わせであり得るか、またはこれらを含み得る。一部の場合では、レポータRNAを固体表面に付着させることが都合が良い場合がある。しかし、他の場合では、シグナルは、付着していないレポータRNA(例えば、固体表面に共有結合していない)の使用によって改善することがある。
一部の場合では、ディテクターは、蛍光ディテクター、必要に応じて、短鎖クエンチ型蛍光RNAディテクター、または全反射照明蛍光(TIRF)ディテクターである。例えば、蛍光ディテクターは、アレクサ(Alexa)430、STAR 520、ブリリアントバイオレット510、ブリリアントバイオレット605、ブリリアントバイオレット610、またはこれらの組み合わせなどの蛍光染料からの蛍光を検出することができる。
一部の態様では、本開示は、(a)SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプル、Cas13タンパク質、および少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)を含む混合物を、1つまたは複数のRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、ならびに(b)SARS-CoV-2のRNAにおける全てのSARS-CoV-2スプライスバリアントおよび/または突然変異を、全てのSARS-CoV-2 RNA切断産物をディテクターで分析することによって検出する工程を含む、サンプル中のSARS-CoV-2 RNAにおけるSARS-CoV-2のスプライスバリアントおよび/または突然変異の存在または不存在を同定するための方法を提供する。一部の場合では、SARS-CoV-2のRNAは、検出工程の前に逆転写されていない。
一部の態様では、本開示は、(a)RNAを含有することが疑われるサンプルを、Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、およびレポータRNAと、全てのレポータRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、ならびに(b)サンプル中の全ての量のレポータRNA切断産物をディテクターで検出する工程を含む、SARS-CoV-2転写の再活性化をモニタリングするための方法を提供する。一部の場合では、サンプル中のSARS-CoV-2および/またはレポータRNA切断産物は、インキュベーション工程または検出工程の前に逆転写されていない。
通常、SARS-CoV-2は、レポータRNA切断産物からのシグナルが、コントロールアッセイのシグナルから区別可能である場合に、サンプルにおいて検出される。このようなコントロールアッセイは、例えば、SARS-CoV-2ウイルスのRNAを含有していなくてよい。
一部の場合では、本方法は、サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを増幅する工程、または、形成され得る全てのSARS-CoV-2もしくはレポータRNA切断産物を増幅する工程をさらに含む。例えば、RNAは、一本鎖RNAを複製し得る、RNA依存性RNAポリメラーゼ、SARS-CoV2ポリメラーゼ、またはRNAレプリカーゼ(EC 2.7.7.48)を使用して増幅させることができる。このようなRNAレプリカーゼの例としては、Qβレプリカーゼ、ウサギ出血病ウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:1KHV)、サッポロウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:2CKW)、C型肝炎のRNAポリメラーゼ(PDB:2D41)、Neurospora CrassaのRNAポリメラーゼ(PDB:2J7N)、ビルナウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:2PGG)、伝染性ファブリキウス嚢病ウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:2PUS)、ロタウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:2R7T)、伝染性膵臓壊死症ウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:2YI8)、サイポウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:3JA4)、エンテロウイルスAのRNAポリメラーゼ(PDB:3N6L)、ノーウォークウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:3UQS)、ロタウイルスAのRNAポリメラーゼ(PDB:4AU6)、Thosea AssignsウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:4XHA)、ライノウイルスAのRNAポリメラーゼ(PDB:1XR7)、エンテロウイルスCのRNAポリメラーゼ(PDB:3OL6)、手足口病ウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:1U09)、カルジオウイルスAのRNAポリメラーゼ(PDB:4NZ0)、日本脳炎ウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:4HDH)、ウシウイルス性下痢ウイルス1のRNAポリメラーゼ(PDB:1S48)、QbetaウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:3MMP)、レオウイルスのRNAポリメラーゼ(PDB:1MUK)、およびLa CrosseブニヤウイルスのRNAポリメラーゼが含まれる。一部の場合では、増幅は、RNA依存性RNAポリメラーゼ、Qβレプリカーゼ、SARS-CoV2ポリメラーゼ、またはこれらの組み合わせによるものであり得る。
一部の場合では、SARS-CoV-2のRNA、SARS-CoV-2の切断産物、および/またはレポータRNAの切断産物は、増幅されない。
単一のガイドRNA(crRNA)を、本明細書において記載される方法および組成物において使用することができるが、本方法および組成物の検出の感度および/または限界は、2つ以上のcrRNAを使用することによって向上し得る。採用される1つまたは複数のcrRNAは、SARS-CoV-2 RNAの一部分に相補的な配列を有し得る。SARS-CoV-2のRNAは、野生型、バリアント、または突然変異体のSARS-CoV-2のRNAであり得る。一部の場合では、少なくとも2つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、または少なくとも3つ、または少なくとも8つのCRISPRガイドRNA(crRNA)が使用される。
単一のガイドRNA(crRNA)を、本明細書において記載される方法および組成物において使用することができるが、本方法および組成物の検出の感度および/または限界は、2つ以上のcrRNAを使用することによって向上し得る。採用される1つまたは複数のcrRNAは、SARS-CoV-2 RNAの一部分に相補的な配列を有し得る。SARS-CoV-2のRNAは、野生型、バリアント、または突然変異体のSARS-CoV-2のRNAであり得る。一部の場合では、少なくとも2つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、または少なくとも3つ、または少なくとも8つのCRISPRガイドRNA(crRNA)が使用される。
crRNAはCas13タンパク質と複合体を形成し、この複合体をSARS-COV-2のRNAへ誘導する。crRNA:Cas13複合体がSARS-COV-2のRNAと接触することによって活性化されると、Cas13タンパク質はRNAをある程度無差別に切断し得、これによってシグナルが放出され、このシグナルは、レポータRNAにおいてマスキングまたはクエンチングされる。使用されるCas13タンパク質の1つまたは複数は、Cas13aまたはCas13bタンパク質であり得る。一部の場合では、採用されるCas13タンパク質は、配列番号36~48のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有するタンパク質配列の1つまたは複数を有する。例えば、配列番号43に対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有し、436位にリジンを有する、Cas13タンパク質を使用することができる。このようなCas13タンパク質は、例えば、配列番号43を有し得る。
一部の場合では、少なくとも1つのSARS-COV-2 CRISPRガイドRNA(crRNA)は、配列番号1~35または58~147のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有する。一部の場合では、少なくとも1つのSARS-COV-2 CRISPRガイドRNA(crRNA)は、配列番号1~35のいずれかなどの配列を有し、または一部の場合では、crRNAは、配列番号1~15もしくは35を有する配列を含み得る。一部の場合では、少なくとも1つのSARS-COV-2 CRISPRガイドRNA(crRNA)は、配列番号27~35のいずれかなどの配列またはこれらの組み合わせを有する。一部の場合では、少なくとも1つのSARS-COV-2 CRISPRガイドRNA(crRNA)は、配列番号58~147のいずれかなどの配列またはこれらのあらゆる組み合わせを有する。一部の場合では、サンプルは、少なくとも2つ、または少なくとも3つ、または少なくとも4つ、または少なくとも5つ、または少なくとも6つ、または少なくとも7つ、または少なくとも8つ、または少なくとも9つ、または少なくとも9つ、または少なくとも10個の、またはそれを超えるcrRNAとインキュベートされる。
検出されるレポータRNA切断産物の量は、SARS-CoV-2 RNAの量と直接的に相関している。一部の場合では、SARS-CoV-2 RNA切断産物の濃度は、レポータRNA切断産物の標準曲線の使用によって定量または決定することができる。
RNAを含有することが疑われるサンプルとしては、例えば、唾液、喀痰、粘液、鼻咽頭材料、血液、血清、血漿、尿、吸引液、生検組織、またはこれらの組み合わせが含まれ得る。一部の場合では、本明細書において記載される方法は、他の工程の前にサンプルの一部分を枯渇する工程、または他の工程の前にサンプル中のヌクレアーゼを阻害する工程を含み得る。例えば、サンプルは、タンパク質、酵素、脂質、核酸、またはこれらの組み合わせが枯渇されていてよい。一部の場合では、サンプルの枯渇される部分は、ヒト核酸部分である。しかし、サンプルのRNA抽出は好ましくは行われない。
一部の場合では、方法は、サンプルからリボヌクレアーゼ(RNase)を除去する工程を含み得る。一部の場合では、RNaseは、RNase阻害剤および/または熱を使用してサンプルから除去される。
一部の場合では、Cas13タンパク質および/またはcrRNAは、サンプルとのインキュベーションの前に凍結乾燥される。一部の場合では、Cas13タンパク質、crRNA、および/またはレポータRNAは、サンプルとのインキュベーションの前に凍結乾燥される。
一部の場合では、本方法は、SARS-CoV-2が検出されているまたはモニタリングしたSARS-CoV-2レベルが増大している対象において、SARS-CoV-2を処置する工程を含み得る。このような方法は、検出可能なSARS-CoV-2を有する患者への治療剤の投与を含み得る。このような処置は、抗ウイルス療法、抗レトロウイルス療法(ART)、呼吸の補助(酸素、気管挿管)、炎症を低減させるためのステロイド、肺炎症を低減させるためのステロイド、血漿の輸血、またはこれらの組み合わせを伴い得る。例えば、SARS-CoV-2に感染している患者には、デキサメタゾン、レムデシビル(ベクルリー)、バムラニビマブ、カシリビマブ、イムデビマブ、またはこれらの組み合わせを投与することができる。バムラニビマブ、カシリビマブ、およびイムデビマブでの治療法は、疾患の進行および重度の病気のリスクが高い患者に、FDAのEUAの下で利用可能である。一部の患者はまた、抗SARS-CoV-2モノクローナル抗体の投与の利益を受け得る。
配列番号1~35、58~146、または147のいずれか1つに対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を含む1つまたは複数のCRISPRガイドRNAを含み得る組成物が、本明細書において記載される。組成物は、少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質を含み得る。このようなCas13タンパク質は、CRISPRガイドRNAのいずれかと複合体化し得、これによって、リボヌクレオタンパク質複合体を形成する。例えば、本明細書において記載されるCas13タンパク質のいずれか、例えば、配列番号36~48のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有するCas13タンパク質のいずれかを使用することができる。
加えて、対応する未改変のCas13タンパク質と比較してインビボでのエンドヌクレアーゼ活性が増大しており、野生型Cas13タンパク質の436位に対応する位置にリジン(K)を有する、改変Cas13タンパク質が、本明細書において記載されている。
また、少なくとも1つのCas13タンパク質、少なくとも1つのSARS-CoV-2特異的CRISPRガイドRNA(crRNA)、少なくとも1つのレポータRNA、ならびにサンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出および/または定量するための指示を含むパッケージを含み得るキットも、本明細書において記載される。
第1の周波数のシグナルを使用してサンプルを励起させるためのシグナル生成システム、
サンプル中の蛍光を検出するためのカメラシステム、および
蛍光に基づいてサンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出するための処理回路
を含み得る、サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出および/または定量するためのシステムもまた、本明細書において記載される。
サンプル中の蛍光を検出するためのカメラシステム、および
蛍光に基づいてサンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出するための処理回路
を含み得る、サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出および/または定量するためのシステムもまた、本明細書において記載される。
例えば、
システム筐体、
システム筐体内の、励起照明を生じさせるように構成された励起源、
1つまたは複数のサンプルをその中に保持するように構成された1つまたは複数のカートリッジチャンバを有するサンプルカートリッジ、
サンプルカートリッジを受けるように構成されたカートリッジソケット、
を含み得る、蛍光イメージングシステムであって、
カートリッジソケットがサンプルカートリッジを受けることで、1つまたは複数のカートリッジチャンバが励起方向および観察方向にされ、
励起方向では、カートリッジチャンバは励起源の励起照明と整列しており、かつ、
観察方向では、カートリッジチャンバおよびカートリッジチャンバからの蛍光は光学センサーに向けられている、
蛍光イメージングシステムが、本明細書において記載される。
システム筐体、
システム筐体内の、励起照明を生じさせるように構成された励起源、
1つまたは複数のサンプルをその中に保持するように構成された1つまたは複数のカートリッジチャンバを有するサンプルカートリッジ、
サンプルカートリッジを受けるように構成されたカートリッジソケット、
を含み得る、蛍光イメージングシステムであって、
カートリッジソケットがサンプルカートリッジを受けることで、1つまたは複数のカートリッジチャンバが励起方向および観察方向にされ、
励起方向では、カートリッジチャンバは励起源の励起照明と整列しており、かつ、
観察方向では、カートリッジチャンバおよびカートリッジチャンバからの蛍光は光学センサーに向けられている、
蛍光イメージングシステムが、本明細書において記載される。
SARS-CoV-2ウイルスのRNAを検出するための装置もまた、本明細書においてより詳細に記載されている。
本開示の多くの態様は、以下の図面を参照してより良く理解することができる。図面の構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。むしろ、本開示の原理を明確に説明することに重点が置かれている。さらに、構成要素は図を明確にするためだけのために、特定の図では透明として示され、これは図示された構成要素が必ずしも透明であることを示すものではない。
本開示の多くの態様は、以下の図面を参照してより良く理解することができる。図面の構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。むしろ、本開示の原理を明確に説明することに重点が置かれている。さらに、構成要素は図を明確にするためだけのために、特定の図では透明として示され、これは図示された構成要素が必ずしも透明であることを示すものではない。
SARS-CoV-2ウイルス感染を検出および/または定量するための方法、キット、組成物、および装置が、本明細書において記載される。中国、湖北省の武漢市で2019年12月の後半にそれが出現してから、コロナウイルス疾患2019(COVID-19)は、世界的に21万4894人を超える人々に感染している(ドン(Dong)ら(2020年2月))。新たな原因ウイルスであるSARS-CoV-2は、Betacoronavirus属に属することが判定されており、SARS-CoVにゲノムレベルで70%の類似性を有する。SARS-CoVと同様に、SARS-COV-2は、アンギオテンシン変換酵素2(ACE2)を細胞受容体として使用する(ヤン(Yan)ら(2020年3月)、ホフマン(Hoffman)ら(2020年3月)、ウォールス(Walls)ら(2020年3月))。
このウイルスは世界的におよび米国で広がり続けているため、患者を診断するための迅速で正確な検査法が必須となっている。COVID-19の現在の検査法は、RT-qPCRアッセイに基づくものである。世界保健機関によって、中国、ドイツ、香港、タイ、および米国の政府による様々なプライマーセットが発表された。米国では特に、CDCによって開発された最初の検査法での技術的課題によって、パンデミックの最初の1週間の国の診断能力は最低であった(シャーフスタイン(Sharfstein)ら(2020年3月))。扱いやすく現場配備可能な、SARs-CoV-2 RNAの定性的検査法は、診断能力を迅速に増大させ得、空港、国境、およびクリニックでのスクリーニングを可能にし得る。
SARs-CoV-2を迅速に検出および/または定量するための方法、キット、および装置が、本明細書において記載されている。本方法は、(a)SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルを、Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、およびレポータRNAと、1つまたは複数のレポータRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、ならびに(b)レポータRNA切断産物のレベルをディテクターで検出する工程を含み得る。このような方法は、サンプルがSARS-CoV-2 RNAの1つまたは複数のコピーを含有するかどうかを検出するために有用である。本方法はまた、SARS-CoV-2感染の不存在の検出にも有用である。
一部の態様では、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプル、Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、およびレポータRNAを含む混合物を、混合物中に存在し得る全てのレポータRNA切断産物が形成されるための時間にわたりインキュベートする工程、ならびに、混合物中に存在し得るレポータRNA切断産物のレベルをディテクターで検出する工程を含む、SARS-CoV-2感染の存在または不存在を診断するための方法が、本明細書において提供される。一部の場合では、サンプル中のSARS-CoV-2 RNAおよび/またはRNA切断産物は、検出工程の前に逆転写されていない。患者におけるSARS-CoV-2感染の存在または不存在は、混合物中に存在し得るレポータRNA切断産物のレベルを定性的または定量的に検出することによって検出される。
本明細書において記載される方法は、様々な利点を有し得る。例えば、本明細書において記載される方法は、追加の操作を伴うことなく、RNAを直接検出することができる。RNA増幅は一般に不要であり、一方、現在利用可能な方法(例えばSHERLOCK)では、RNA増幅の感度が十分に高いことが必要である。本明細書において記載される方法、キット、および装置は迅速であり、30分以内に結果を提供する。高価な実験設備および専門的技術は不要である。本明細書において記載される方法は、多くの異なるサンプルタイプ(血液、鼻/口腔スワブなど)に適している。本明細書において記載される方法、キット、および装置は、現場(空港でのスクリーニング、国境、資源不足の地域)での配備が容易であり、そのため、感染の可能性のある人々は、未感染の患者、感染リスクの高い人、および高度に訓練を受けた緊急に必要とされた医療従事者がいる可能性がある病院およびクリニックへ行く必要がなくなる。検査は医療施設またはクリニックで広く行われているが、本明細書において開示されている方法の容易な配置は、現場での迅速な検査を容易にする。検査はまた、感染リスクの高い集団に必要な施設に隔離された人々、および緊急かつ複雑な医療処置に必要な訓練された人々の範囲を超え得る。
CRISPR-Cas13は、RT-PCRによってRNAを検出および定量する従来の方法に対する実行可能な代替案として見出された。CRISPR-Cas13を使用する利点は、SARS-CoV-2の診断に生かすことができる。Cas13タンパク質はRNAを直接標的化し、またこれは、crRNAと共に、特異的なRNA認識のためのプラットフォームを提供するようにプログラムされ得る。Cas13タンパク質をRNAベースのレポータに結合することによって、Cas13タンパク質の副次的なまたは非特異的なRNase活性を、SARS-CoV-2の検出に利用することができる。
SARS-CoV-2の検出限界は完全には明らかにされていないが、最近の報告は、咽頭のウイルス排出が症候の最初の1週間に非常に高いことを示している(ピークで、7.11×108コピー/喉スワブ)。ウイルスのRNA負荷の平均は、症候の5日目までで6.76×105コピー/スワブであった(ウォールフェル(Woelfel)(2020年3月))。過去、2017年および2018年に、Feng Zhang博士の研究所は、ジカウイルスのアトモル濃度およびゼプトモル濃度での検出感度を達成したCas13ベースの検出システムを報告したが、これは、ジカウイルスのcDNAを等温増幅するための追加の逆転写工程を含んでおり、このcDNAは最終的には、SHERLOCK(特異的高感度酵素レポータUnLOCKing)と呼ばれる方法であるRNAベースの検出のために、RNAに戻し転写(back-transcribed)された(グッテンベルク(Gootenberg)ら、Science 356(6336):438~42(2017)、グッテンベルク(Gootenberg)ら、Science 360(6387):439~44(2018))。この方法はCas13の感度を向上させたが、この方法は、現場配備可能なかつポイントオブケアのための装置としてのその可能性を最小にする、逆転写およびインビトロ転写を伴う2つの望ましくない工程を導入した。
本開示は、SARS-CoV-2感染を診断する、SARS-CoV-2 RNAの濃度を定量する、異なるSARS-CoV-2スプライスバリアントおよび/もしくは突然変異の存在を同定する、ならびに/またはSARS-CoV-2転写の再活性化をモニタリングのための方法および組成物を提供する。
一部の場合では、本方法は、単一の試験管、例えば、回収およびRNA抽出に使用される同一の試験管で行うことができる。この方法は、単一工程のポイントオブケア診断方法を提供する。他の場合では、本方法は、2チャンバシステムで行うことができる。例えば、生体サンプルを含有する回収スワブを、このような2チャンバシステムのチャンバ1に直接挿入することができる。撹拌、スワブの除去、およびサンプル中の生物学的材料の溶解の後、2つチャンバの間の仕切りを破壊するかまたは取り外し、第1のチャンバの内容物を第2のチャンバに流し込むことができる。第2のチャンバは、Cas13タンパク質、選択されたcrRNA、およびレポータRNAを含有し得、その結果、SARS-CoV-2のアッセイを行うことができる。
チャンバ1は、ウイルス粒子の溶解およびゲノム材料の放出を促進するバッファーを含有し得る。使用可能な溶解バッファーの例としては、限定はしないが、PBS、Qiagen RLT+バッファーまたはQuick Extractなどの市販の溶解バッファー、DNA/RNA Shield、およびトリトン(Triton)X-100、トゥイーン(Tween)20、NP-40、またはオレス(Oleth)-8などの様々な濃度の界面活性剤が含まれる。
撹拌およびその後のスワブの除去の後、チャンバを簡単に(例えば2~5分間)加熱して(例えば55℃または95℃)、溶解をさらに促進してもよい。次いで、2つのチャンバの間の仕切りを破壊するかまたは取り外して、鼻抽出物バッファーを第2のチャンバに流し込み、Cas13のアッセイのための凍結乾燥試薬(Cas13 RNPおよびレポータRNA分子)を含有しているこの第2のチャンバを再構成させる。
このようなアッセイ用試験管の使用は、単一工程のポイントオブケア診断方法および装置を提供し得る。
SARS-CoV-2感染を診断するための、本明細書において記載される方法、装置、および組成物は、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプル、Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPR RNA(crRNA)、およびレポータRNAを有する混合物を、混合物中に存在し得るレポータRNA切断産物が形成されるための時間にわたりインキュベートすること、ならびに全てのこのようなレポータRNA切断産物のレベルをディテクターで検出することを伴い得る。ディテクターは、短鎖クエンチ型蛍光RNAディテクターまたは全反射照明蛍光(TIRF)ディテクターなどの蛍光ディテクターであり得る。
SARS-CoV-2感染を診断するための、本明細書において記載される方法、装置、および組成物は、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプル、Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPR RNA(crRNA)、およびレポータRNAを有する混合物を、混合物中に存在し得るレポータRNA切断産物が形成されるための時間にわたりインキュベートすること、ならびに全てのこのようなレポータRNA切断産物のレベルをディテクターで検出することを伴い得る。ディテクターは、短鎖クエンチ型蛍光RNAディテクターまたは全反射照明蛍光(TIRF)ディテクターなどの蛍光ディテクターであり得る。
レポータRNAは、例えば、少なくとも1つのクエンチ型蛍光RNAレポータであり得る。このようなクエンチ型蛍光RNAレポータは、蛍光の検出を最適化することができる。クエンチ型蛍光RNAレポータとしては、フルオロフォアおよびフルオロフォアのクエンチャーの両方を有するRNAオリゴヌクレオチドが含まれる。クエンチャーは、フルオロフォアの蛍光を減少または消失させる。Cas13タンパク質がRNAレポータを切断すると、フルオロフォアが、結び付いているクエンチャーから分離し、その結果、蛍光シグナルが検出可能となる。
このようなフルオロフォアクエンチャー標識型のRNAレポータの一例は、RNaseAlert(IDT)である。RNaseAlertは、検査室でのRNaseコンタミネーションを検出するために開発され、基質の配列は、RNase A種に最適化されている。別のアプローチは、ラテラルフローストリップを使用してFAM-ビオチンレポータを検出することであり、このレポータは、Cas13によって切断されると、ストリップ上の抗FAM抗体-金ナノ粒子コンジュゲートによって検出される。これは、機器を使用しない検出を可能とするが、ほとんどの蛍光ベースのアッセイでは30分未満であるのに対し、読み出しに90~120分間を要する(グッテンベルク(Gootenberg)ら、Science.360(6387):439~44(2018年4月))。
レポータRNAの配列は、Cas13の切断に最適化することができる。異なるCas13ホモログは、切断部位で、異なる配列優先性を有し得る。一部の場合では、Cas13は、露出したウリジン部位またはアデノシン部位で、RNase切断活性を優先的に発揮する。非常に活性なホモログでは、第2の優先性も存在する。
フルオロフォアクエンチャー標識型のRNAレポータに使用されるフルオロフォアとしては、アレクサ(Alexa)430、STAR 520、ブリリアントバイオレット510、ブリリアントバイオレット605、ブリリアントバイオレット610、またはこれらの組み合わせが含まれ得る。
フルオロフォアクエンチャー標識型のRNAレポータに使用されるフルオロフォアとしては、ダブシル(Dabcyl)、QSY7、QSY9、QSY21、QSY35、アイオワブラッククエンチャー(IDT)、またはこれらの組み合わせが含まれ得る。例えばThermoFisher Scientificから入手される、多くのクエンチャー部分が利用可能である。
本発明者らは、5merのホモポリマーを全てのリボヌクレオチドについて試験した。これらの優先性に基づいて、様々なRNAオリゴヌクレオチドを、このオリゴヌクレオチドの5’および3’末端でアイオワブラッククエンチャー(IDT)およびFAMフルオロフォアを使用して標識し、実施例に記載するトランス-ssRNA切断アッセイで、これらの配列を体系的に試験した。最良の配列を、本明細書において記載される方法および装置において使用することができる。このようなレポータRNAはまた、キットにおいて、および可動装置での検査に、使用することができる。
様々なメカニズムおよび装置を、蛍光の検出に利用することができる。一部のメカニズムまたは装置は、バックグラウンド蛍光の消失を促進するために使用され得る。例えば、検出のフォーカルプレーンの外側からの蛍光が低減すると、シグナル-ノイズ比が、ひいては、目的のRNA切断産物からのシグナルの解像度が向上し得る。全反射照明蛍光(TIRF)は、十分に感度の高いカメラでの、非常に低いバックグラウンド蛍光および単一分子感度を可能にする。本明細書において記載されるように、携帯電話は今や、SARS-CoV-2のRNAを検出するために十分な感度を有している。
一部の場合では、Cas13およびレポータRNAの両方が固体表面に繋がれており、crRNAおよびSARS-CoV-2 RNAサンプルを添加すると、活性化したCas13は、全反射照明蛍光(TIRF)を使用してイメージングすると、小さな蛍光スポットを固体表面上に生じさせ得る。この事例を最適化するためには、レポータRNAのフルオロフォア側を固体表面に繋ぐ方が良く、その結果、切断によって、レポータRNAのクエンチャー部分が拡散される。Cas13タンパク質は、これが複数のRNAレポータ分子を切断できるように十分長いテザーで、固体表面に繋がれ得る。固体表面上に現れた明るいスポットを数えることで、ウイルス量を定量することができる。ポータブルシステムにおけるTIRFの使用は、検出を容易にし、バックグラウンドを低減させ、その結果、RNA切断産物のシグナルが容易に検出され得る。
一部の場合では、Cas13タンパク質およびcrRNAのリボヌクレオタンパク質(RNP)複合体を、固体表面に繋いでもよい。crRNAはしたがって、後に添加する必要はない。逆に、固体表面と接触させる必要があるのは、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルのみである。
一部の場合では、生体サンプルは、患者から単離される。適切な生体サンプルの非限定的な例としては、唾液、喀痰、粘液、鼻咽頭サンプル、血液、血清、血漿、尿、吸引液、および生検サンプルが含まれる。したがって、患者に関する用語「サンプル」としては、RNAが含まれ得る。生体サンプルは、唾液、喀痰、粘液、および生物由来の他の液体サンプル、生検標本もしくは組織培養物またはこれらに由来する細胞およびこれらの子孫などの固体組織サンプルを包含する。本定義としてはまた、それらを調達した後に、試薬での処理、洗浄、またはある特定の細胞集団の濃縮などの何らかの方法で操作されているサンプルも含まれる。本定義としてはまた、特定のタイプの分子、例えばRNAが濃縮されているサンプルも含まれる。用語「サンプル」は、唾液、喀痰、粘液、鼻咽頭サンプル、血液、血漿、血清、吸引液、脳脊髄液(CSF)などの臨床サンプルなどの生体サンプルを包含し、また、外科的切除によって得られた組織、生検によって得られた組織、培養中の細胞、細胞上清、細胞溶解物、組織サンプル、器官、骨髄、およびそれに類するものも含む。「生体サンプル」としては、細胞に由来する生体液および/またはウイルス(例えば、感染細胞から得られる)が含まれる。RNAを含有するサンプルは、このような細胞(例えば、細胞溶解物、またはRNAを含む他の細胞抽出物)から得ることができる。サンプルは、様々な体液(例えば、唾液、粘液、もしくは喀痰)、細胞、組織、器官、または無細胞液のいずれかを含み得るか、またはこれから得ることができる。
一部の場合では、生体サンプルは、SARS-CoV-2を有することが分かっているまたは有することが疑われる患者から単離される。他の場合では、生体サンプルは、SARS-CoV-2を有するかどうか不明の患者から単離される。他の場合では、生体サンプルは、SARS-CoV-2を有することが分かっているまたは有さないことが疑われる患者から単離される。換言すると、本明細書において記載される方法および装置は、SARS-CoV-2感染を有する対象を同定するため、および対象がSARS-CoV-2 RNAへの感染を有さないことを確認するために使用することができる。
一部の場合では、生体サンプルがRNAを含有しているかどうかは不明であってよい。しかし、このような生体サンプルもやはり、本明細書において記載される方法を使用して検査することができる。例えば、生体サンプルは、これがRNAを実際に含有していようがいまいが、またこれがSARS-CoV-2のRNAを含有していようがいまいが、溶解、RNA抽出、Cas13およびcrRNAとのインキュベーションなどにかけることができる。
一部の場合では、RNAを含有し得るサンプルは、Cas13タンパク質(一部は以前にはC2c2として知られていた)とインキュベートされる。crRNAが存在する場合、Cas13タンパク質は、Cas9が結合し得るDNA基質よりも、RNA基質を結合し、切断する。Cas13は、RNA切断のために、2つの高等真核生物および原核生物ヌクレオチド結合(HEPN)ドメインを有し、これは、他のタンパク質におけるHEPNドメインの既知の役割と一致している。一部の場合では、Cas13タンパク質は、配列バリエーションを有し得、および/または他の生物に由来し得る。例えば、Cas13タンパク質は、前述のCas13配列のいずれかに対して、または、細菌:Leptotrichia wadei、Leptotrichia buccalis、Rhodobacter capsulatus、Herbinix hemicellulosilytica、Leptotrichia buccalis(Lbu)、Listeria seeligeri、Paludibacter propionicigenes、Lachnospiraceae bacterium、[Eubacterium]rectale、Listeria newyorkensis、Clostridium aminophilum、および/またはLeptotrichia shahiiのCas13に対して、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも98%、少なくとも99%、または100%の配列同一性を有し得る。
例えば、以下の配列(配列番号36;NCBI受託番号WP_036059678.1)を有するLeptotrichia wadeiのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
Leptotrichia wadeiのCas13aエンドヌクレアーゼの他の配列、例えば、NCBI受託番号BBM46759.1、BBM48616.1、BBM48974.1、BBM48975.1、およびWP_021746003.1の配列もまた、利用可能である。
別の例において、以下の配列(配列番号37;NCBI受託番号WP_103203632.1)を有するHerbinix hemicellulosilyticaのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
しかし、一部の場合では、配列番号37の配列を有するCas13タンパク質は使用されない。
別の例において、以下の配列(配列番号38;NCBI受託番号WP_015770004.1)を有するLeptotrichia buccalisのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
別の例において、以下の配列(配列番号38;NCBI受託番号WP_015770004.1)を有するLeptotrichia buccalisのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
しかし、一部の場合では、配列番号38の配列を有するCas13タンパク質は使用されない。
別の例において、以下の配列(配列番号39;NCBI受託番号WP_012985477.1)を有するLeptotrichia seeligeriのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
別の例において、以下の配列(配列番号39;NCBI受託番号WP_012985477.1)を有するLeptotrichia seeligeriのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
例えば、以下の配列(配列番号48;NCBI受託番号WP_013443710.1)を有するPaludibacter propionicigenesのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
例えば、以下の配列(配列番号40;NCBI受託番号WP_022785443.1)を有するLachnospiraceae bacteriumのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
例えば、以下の配列(配列番号41;NCBI受託番号BBM39911.1)を有するLeptotrichia shahiiのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
別の例において、以下の配列(配列番号42;NCBI受託番号C7NBY4;別名LbuC2c2)を有するLeptotrichia buccalis C-1013-bのCas13aエンドヌクレアーゼを使用することができる。
一部の場合では、改変Cas13タンパク質が使用され得る。このような改変Cas13タンパク質は、対応する未改変のCas13タンパク質と比較して、インビボでのエンドヌクレアーゼ活性が増大している場合がある。例えば、このような改変Cas13タンパク質は、野生型Cas13タンパク質の436位に対応する位置にリジン(K)を有し得る。436位のリジン(K)は、対応する野生型Cas13タンパク質におけるグルタミン酸(E)を置換し得る。
そのような改変Cas13タンパク質の一例は、E436K変異および以下の配列(配列番号43)を有するLeptotrichia buccalisのCas13aエンドヌクレアーゼである。
E436K突然変異を有する、改変Leptotrichia buccalis Cas13aエンドヌクレアーゼは、未改変のLeptotrichia buccalis Cas13aエンドヌクレアーゼと比較して、インビボでのエンドヌクレアーゼ活性が増大している。E436Kを有するLeptotrichia buccalis Cas13aエンドヌクレアーゼ(例えば配列番号43)の使用は、したがって、バックグラウンドよりも感度を約10~100倍増大させる。したがって、レポータRNAは、改変Cas13aエンドヌクレアーゼによってより速く切断され、これにより、アッセイの感度が増大する。
このような改変は、様々なCas13タンパク質に存在し得る。例えば、改変Cas13タンパク質は、配列番号42または43に対して少なくとも95%の配列同一性を有し、436位にリジンを有する、配列を有し得る。
少なくとも1つのレポータRNAを検出する感度を約10倍~100倍増大させ得る改変Cas13タンパク質が、例えば、本明細書において記載される方法、キット、システム、および装置において、有用である。
本発明者らは、他のCas13aおよびCas13bタンパク質の動態を評価した。このような研究は、一部の場合では、Cas13bがCas13aよりも、SARS-CoV-2 RNA検出アッセイにおいて、より速く機能することを示している。
例えば、Prevotella buccaeからのCas13bは、SARS-CoV-2 RNA検出方法、組成物および装置に使用することができる。Prevotella buccaeのCas13bタンパク質の配列(NCBI受託番号WP_004343973.1)は、配列番号44として下記に示される。
このようなPrevotella buccaeのCas13bタンパク質は、約20マイクロモルのKm(ミカエリス定数)基質濃度および約987/秒のKcatを有し得る(例えば、スレイメイカー(Slaymaker)ら、Cell Rep 26(13):3741~3751(2019)を参照されたい)。
SARS-CoV-2 RNA検出方法、組成物および装置に使用することができる別のPrevotella buccaeのCas13bタンパク質(NCBI受託番号WP_004343581.1)は、配列番号45として下記に示される配列を有する。
Bergeyella zoohelcumのCas13b(R1177A)変異配列(NCBI受託番号6AAY_A)の一例は、配列番号46として下記に示される。
SARS-CoV-2 RNA検出方法、組成物および装置に使用することができるPrevotella sp. MSX73からのCas13bタンパク質配列(NCBI受託番号WP_007412163.1)の別の例は、配列番号47として下記に示される。
したがって、サンプルは、少なくとも1つのCRISPR RNA(crRNA)および少なくとも1つのCas13タンパク質とインキュベートすることができる。Cas13タンパク質は、例えば、Cas13aタンパク質、Cas13bタンパク質、またはこれらの組み合わせであり得る。
crRNAおよびCas13タンパク質が複合体を形成できるように、サンプルを伴わないcrRNAおよびCas13タンパク質のプレインキュベーションが好ましい。
一部の場合では、crRNAおよびCas13タンパク質が複合体を形成している間、レポータRNAが存在し得る。しかし、他の場合では、レポータRNAは、crRNAおよびCas13タンパク質が既に複合体を形成した後に添加され得る。また、crRNA/Cas13複合体の形成後に、サンプルRNA(例えば、SARS-CoV-2のRNA)を次いで添加してもよい。サンプルRNA(例えば、SARS-CoV-2のRNA)は、活性化RNAとして作用する。活性化RNAによって活性化されると、crRNA/Cas13複合体は非特異的なRNaseとなって、レポータRNA、例えば短鎖クエンチ型蛍光RNAを使用して検出され得るRNA切断産物を生じさせる。
一部の場合では、crRNAおよびCas13タンパク質が複合体を形成している間、レポータRNAが存在し得る。しかし、他の場合では、レポータRNAは、crRNAおよびCas13タンパク質が既に複合体を形成した後に添加され得る。また、crRNA/Cas13複合体の形成後に、サンプルRNA(例えば、SARS-CoV-2のRNA)を次いで添加してもよい。サンプルRNA(例えば、SARS-CoV-2のRNA)は、活性化RNAとして作用する。活性化RNAによって活性化されると、crRNA/Cas13複合体は非特異的なRNaseとなって、レポータRNA、例えば短鎖クエンチ型蛍光RNAを使用して検出され得るRNA切断産物を生じさせる。
例えば、Cas13およびcrRNAは、不活性複合体が形成されるための時間にわたりインキュベートされる。一部の場合では、Cas13およびcrRNA複合体は、37℃で30分間、1時間、または2時間(例えば0.5~2時間)、共にインキュベートすることによって形成されて、不活性複合体を形成する。不活性複合体は次いで、レポータRNAとインキュベートされ得る。レポータRNAの一例は、RNase Alertシステムによって提供される。サンプルのSARS-CoV-2 RNAは、ssRNAアクチベータであり得る。SARS-CoV-2 RNAサンプルを伴うCas13/crRNAは、シスおよびトランスで切断する活性化型複合体となる。シスで切断すると、例えば、活性化型複合体は、SARS-CoV-2のRNAを切断し得る。トランスで切断すると、活性化型複合体はレポータRNAを切断し得、これによって、レポータRNAからフルオロフォアなどのシグナルを放出させる。
少なくとも1つのcrRNAは、SARS-CoV-2 RNAゲノム内の領域に結合し得る。一部の場合では、領域は、SARS-CoV-2 RNAゲノムの一本鎖の領域である。他の場合では、領域は、SARS-CoV-2ゲノムのヘアピン領域である。
一部の場合では、SARS-CoV-2のcrRNAは、配列番号1~35、58~147のいずれか1つである。一部の場合では、少なくとも1つのcrRNAは、配列番号1~35、58~147のいずれかに対して少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、またはそれを超える配列同一性を有する。
一部の場合では、crRNAは、スペーサ配列などのさらなる配列を含み得る。表1および表5は、SARS-CoV-2 crRNA配列の例を示している。表5はまた、スペーサ配列の例も含んでいる。
本明細書において説明するように、crRNA2、3、4、7、8、9、および14(配列番号2、3、4、7、8、9、および14)は、crRNA1、13、または15よりも良好なシグナルを示す。さらに、8G crRNA(配列番号27~34)の組み合わせは、SARS-CoV-2の検出を大きく向上させる。
一部の場合では、サンプルは、単一のcrRNAとインキュベートされる。他の場合では、サンプルは、異なる配列を有する2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、8つ、9つ、10個、またはそれを超えるcrRNAとインキュベートされる。
一部の場合では、少なくとも1つのcrRNAは、SARS-CoV-2のスプライスバリアントおよび/または突然変異を認識する。
一部の場合では、Cas13タンパク質および/またはcrRNAは、サンプルとのインキュベーションの前に凍結乾燥される。
一部の場合では、Cas13タンパク質および/またはcrRNAは、サンプルとのインキュベーションの前に凍結乾燥される。
一部の場合では、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルは、Cas13タンパク質、crRNA、およびレポータRNAと、レポータRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートされる。一部の場合では、インキュベーションの時間は、約5時間以下、約4時間以下、約3時間以下、約2時間以下、約1.5時間以下、約1時間以下、約40分間以下、約35分間以下、約30分間以下、約25分間以下、約20分間以下、約15分間以下、約10分間以下、約5分間以下、または約1分間以下である。
一部の場合では、RNA切断産物(SARS-CoV-2 RNAの切断産物を含み得る)は、蛍光発光色素対、すなわち、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)対および/またはクエンチャー/フルオロフォア対を有する、レポータRNAを使用して検出される。
一部の場合では、SARS-CoV-2のRNAおよび/またはRNA切断産物は、非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)と共に、サンプルまたは混合物中に存在する。
一部の場合では、SARS-CoV-2のRNAは、1010個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、10個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、109個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、102個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、108個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、103個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、107個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、104個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、106個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、105個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、1010個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、100個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、109個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、100個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、108個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、100個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、107個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、100個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、106個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、100個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、105個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、100個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、104個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、100個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで、または103個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーから、100個の非標的RNA(例えば、非SARS-CoV-2 RNA)当たり約1個のコピーで存在する。
一部の場合では、本明細書において記載および開示されている方法は、約10nM以下、約5nM以下、約1nM以下、約0.5nM以下、約0.1nM以下、約0.05nM以下、約0.01nM以下、約0.005nM以下、約0.001nM以下、約0.0005nM以下、約0.0001nM以下、約0.00005nM以下、または約0.00001nM以下の量のSARS-CoV-2 RNAの量を検出することができる。一部の場合では、本明細書において記載および開示されている方法は、約10pM以下、約5pM以下、約1pM以下、約0.5pM以下、約0.1pM以下、約0.05pM以下、約0.01pM以下、約0.005pM以下、約0.001pM以下、約0.0005pM以下、約0.0001pM以下、約0.00005pM以下、または約0.00001pM以下の量のSARS-CoV-2 RNAの量を検出することができる。一部の場合では、本明細書において記載および開示されている方法は、約100fM以下、約50fM以下、約25fM以下、約20fM以下、約15fM以下、約10fM以下、約5fM以下、または約1fM以下の量のSARS-CoV-2の量を検出することができる。
一部の場合では、本明細書において記載および開示されている方法は、約1fM以上、約5fM以上、約10fM以上、約15fM以上、約20fM以上、約25fM以上、約50fM以上、約100fM以上の量のSARS-CoV-2 RNAの量を検出することができる。一部の場合では、本明細書において記載および開示されている方法は、約0.00001pM以上、約0.00005pM以上、約0.0001pM以上、約0.0005pM以上、約0.001pM以上、約0.005pM以上、約0.01pM以上、約0.05pM以上、約0.1pM以上、約0.5pM以上、約1pM以上、約5pM以上、または約10pM以上の量のRNA切断産物(例えば、SARS-CoV-2 RNA切断産物)の量を検出することができる。一部の場合では、本明細書において記載および開示されている方法は、約0.00001nM以上、約0.00005nM以上、約0.0001nM以上、約0.0005nM以上、約0.001nM以上、約0.005nM以上、約0.01nM以上、約0.05nM以上、約0.1nM以上、約0.5nM以上、約1nM以上、約5nM以上、または約10nM以上の量のSARS-CoV-2 RNAの量を検出することができる。
一部の場合では、本明細書において記載および開示されている方法は、約106nM~約1nM、約106nM~約5×106nM、約5×106nM~約105nM、約105nM~約5×105nM、約5×105nM~約104nM、約104nM~約5×104nM、約5×104nM~約103nM、約103nM~約5×103nM、約5×103nM~約102nM、約102nM~約5×102nM、約5×102nM~約0.1nM、約0.1nM~約0.5nM、約0.5nM~約1nM、約1nM~約5nM、または約5nM~約10nMの量のSARS-CoV-2 RNAの量を検出することができる。
一部の場合では、本方法は、レポータRNA切断産物のレベル(SARS-CoV-2 RNAを報告する)をディテクターで検出する工程を含む。RNA切断産物の検出は、当業者に公知の任意の方法によって行うことができる。適切なディテクターの非限定的な例としては、金ナノ粒子ベースのディテクター、蛍光偏光、コロイド相移動/分散、電気化学的検出、半導体ベースの感知、および標識されたディテクターRNAの検出が含まれる。一部の場合では、標識されたディテクターは、蛍光ディテクター、必要に応じて、短鎖クエンチ型蛍光RNAである。このようなディテクターの読み出しは、検出可能な蛍光シグナルの測定量を読むための、携帯電話ベースのディテクターを含む、任意の都合の良い読み出し、ゲル上のバンド(例えば、切断されていない基質に対する切断産物を表すバンド)の視覚的分析、着色の存在または不存在の視覚的またはセンサーベースの検出(すなわち、着色検出法)、および電気的シグナルの存在または不存在(または特定の量)であり得る。
一部の場合では、RNA切断産物の濃度は、SARS-CoV-2 RNAのレベルと相関するRNA切断産物のレベルの標準曲線を使用して決定される。このような標準曲線は、過剰であるが一定量のレポータRNAを各々が伴う、量が分かっているが様々な量のSARS-CoV-2 RNA(標的)を含有する一連のアッセイからのシグナルの量を観察することによって作成することができる。このような一連のアッセイからの蛍光は次いで、一定時間にわたり、例えば、約10分間、約20分間、約30分間、約45分間、約1時間、約2時間、約3時間、約4時間、約5時間、約6時間、またはそれを超えて追跡され得る。一部の場合では、蛍光は、約2時間超追跡される。各反応の初速度が次いで決定され、プロットされて、線形の標準曲線が作成される。並行して、SARS-CoV-2 RNA濃度が未知のサンプルもランされる。未知のSARS-CoV-2 RNAサンプルについての蛍光曲線の初速度(例えば、2時間の蛍光曲線)が、例えば、SARS-CoV-2 RNAの濃度を内挿するために標準曲線にプロットされる。
一部の場合では、RNAは、検出工程の前に逆転写されていない。一部の場合では、本方法は、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルのRNAを増幅する工程、および/またはRNA切断産物を増幅する工程をさらに含む。他の場合では、本方法は、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルのRNAおよび/またはRNA切断産物を増幅する工程を含まない。一部の場合では、本方法は、検出工程の前に、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルのRNAを逆転写する工程を含まず、また、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルのRNAおよび/またはRNA切断産物を増幅しない。
一部の場合では、サンプルまたは反応混合物の1部分が、検出工程の前に枯渇される。適切な枯渇方法の非限定的な例は、その全体が本願明細書に援用される米国出願公開第2018/0051320号において記載されている、ハイブリダイゼーションによる豊富な配列の枯渇(DASH)である。一部の場合では、枯渇されるサンプルの部分は、ヒト核酸部分、例えばヒトRNAである。
一部の場合では、RNaseがサンプルから除去される。一部の場合では、RNaseの機能が、RNase阻害剤および/または熱を使用してサンプルから除去される。
CRISPRガイドRNA(crRNA)はアレイで提供され得、このアレイにおいて、各crRNAはマイクロアレイのウェル内に存在しているか、または各タイプのcrRNAが固体表面上の個別の位置に付着している。crRNAには、少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質が供給され得る。あるいは、crRNAは、少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質との複合体の形成を可能にするまたは容易にする形態で供給され得る。固体表面に付着している全てのcrRNAは、少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質との複合体の形成に干渉しない様式で提供される。
CRISPRガイドRNA(crRNA)はアレイで提供され得、このアレイにおいて、各crRNAはマイクロアレイのウェル内に存在しているか、または各タイプのcrRNAが固体表面上の個別の位置に付着している。crRNAには、少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質が供給され得る。あるいは、crRNAは、少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質との複合体の形成を可能にするまたは容易にする形態で供給され得る。固体表面に付着している全てのcrRNAは、少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質との複合体の形成に干渉しない様式で提供される。
一部の場合では、アッセイは、少量の液体中で行うことができる。例えば、液滴アッセイシステムを使用することができる。用語「液滴アッセイ」は、例えばウェル内の水滴中で行われる反応を指す。好ましくは、液滴アッセイシステムは、反応区域が、水-油エマルジョン中で形成される水滴である、エマルジョン液滴アッセイシステムであり得る。液滴アッセイを行うための技術は、例えば、ハインドソン(Hindson)ら、Anal Chem、83:8604~8610(2011);ピニェイロ(Pinheiro)ら、Anal Chem、84:1003~1011(2012);およびジョーンズ(Jones)ら、J.Virological Methods、202:46~53(2014)において記載されている。ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)に使用される液滴アッセイシステムおよびエマルジョン液滴アッセイシステムは、例えば供給元から市販されており、例えば、QX200(商標)DROPLET DIGITAL(商標)PCRシステム(Bio-Rad Laboratories,Inc.、ハーキュリーズ、カリフォルニア州)である。
切断されたフルオロフォアを大量のサンプルに拡散させるよりもむしろ、油-水エマルジョンを、平均して1つのCas13分子(または幾つかの小さな数)を含有する液滴で形成させることができる。液滴中のcrRNA:Cas13がウイルスRNAに結合している場合(例えば、液滴形成の前の規定のインキュベーション時間の後)、これは液滴中の全てのRNase Alertを切断し、大量の暗い液滴に対して1つの明るい液滴を生じさせる。したがって、エマルジョンは、標的(SARS-CoV-2)RNAの添加の後または最中に形成され得、そのため、crRNA:Cas13および標的(SARS-CoV-2)RNAの複合体は、異なる液滴内のcrRNA:Cas13および標的(SARS-CoV-2)RNAの他の複合体から分離される。十分なレポータRNAが提供され、そのため、実質的に全ての液滴がレポータRNAを有する。
液滴アッセイを使用する場合、蛍光イメージングを(時系列ではなくむしろ)規定の反応時間の後に使用することができ、明るい液滴の数を単純に数えて、サンプル中に存在するウイルスRNAの数を決定することができる。これは液滴PCRに類似しているが、Cas13に関連するアッセイの診断の感度の増大に有利である。
液滴アッセイには、従来の定量PCRシステムなどの従来のアッセイと比較して、幾つかの固有の利点がある(ハインドソン(Hindson)、Nat Methods,Oct、10(10):1003~5(2013);Doi、2015;ハジェット(Huggett)、PLoS One 8(9):e75296(2013);ラチュキ(Racki)、Plant Methods 10(1):42,014-0042-6(2014))。
第1に、液滴アッセイによって、正規化、キャリブレータ、または外部参照を必要とすることなく、絶対的な定量が可能となる(ザオ(Zhao)ら、PLoS One 11(7):e0159004(2016))。これは、ポワソン統計によって、鋳型RNAまたはDNAのコピーの直接的な推定が可能となるためである。第2に、液滴アッセイは、反応物1マイクロリットル当たりの標的コピー数として表される直接的な測定値を提供する(信頼区間と共に)(ハインドソン(Hindson)、2013)。第3に、液滴アッセイはエンドポイント2値アッセイであるため、PCR阻害剤などの技術的問題の影響を比較的受けにくい(Doi、2015;ハジェット(Huggett)、2013;ラチュキ(Racki)、2014)。第4に、根底にある2項分布が、信頼区間を直接計算するために使用され得るため、液滴アッセイは技術的な測定誤差が予測可能である(デュベ(Dube)ら、PLoS One、3(8):e2876(2008))。第5に、液滴アッセイは、少ない鋳型コピーの検出の精度および感度が増大していることが示されている(ブルネットー(Brunetto)、J Neurovirol.20(4):341~51(2014);サンダース(Sanders)、PLoS One 8(9):e75296(2013);ザオ(Zhao)ら、J Vet Diagn Invest.27(6):784~8(2015))。第6に、液滴アッセイは、マルチプレックスアッセイとして予測通りにかつ確実にランされ得る。様々な刊行物が、この非常に感度の高い技術の良好なデータの質、精度、および再現性の獲得を容易にするためのガイドラインを提供している(ハジェット(Huggett)、PLoS One 8(9):e75296(2013))。
キット
本明細書において詳述される方法を行うために有用なキットもまた、本明細書において記載されている。このようなキットは、少なくとも1つのCas13タンパク質(例えば、Cas13aまたはCas13bタンパク質)、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、少なくとも1つのRNAレポータ、および本明細書において記載される方法を行うための指示を有するパッケージを含み得る。一部の場合では、Cas13タンパク質およびcrRNAは、crRNA:Cas13複合体として提供される。レポータRNAは、別個にパッケージされ得るか、または、少なくとも1つのCas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、もしくはこれらの複合体と共にパッケージされ得る。一部の場合では、CRISPRガイドRNAの各々は、配列番号1~35、58~147のいずれかに対して少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、またはそれを超える配列同一性を有する配列を有し得る。
本明細書において詳述される方法を行うために有用なキットもまた、本明細書において記載されている。このようなキットは、少なくとも1つのCas13タンパク質(例えば、Cas13aまたはCas13bタンパク質)、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、少なくとも1つのRNAレポータ、および本明細書において記載される方法を行うための指示を有するパッケージを含み得る。一部の場合では、Cas13タンパク質およびcrRNAは、crRNA:Cas13複合体として提供される。レポータRNAは、別個にパッケージされ得るか、または、少なくとも1つのCas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、もしくはこれらの複合体と共にパッケージされ得る。一部の場合では、CRISPRガイドRNAの各々は、配列番号1~35、58~147のいずれかに対して少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、またはそれを超える配列同一性を有する配列を有し得る。
CRISPRガイドRNA(crRNA)またはCas13タンパク質は、アレイで提供され得る。例えば、各crRNAはマイクロアレイのウェル内に存在していてよいか、または各crRNAは固体表面上の個別の位置に付着していてよい。Cas13タンパク質は、アレイされたcrRNAの各々との複合体として提供され得る。あるいは、Cas13タンパク質はマイクロアレイのウェル内に存在し得、かつ異なるcrRNAがマイクロアレイの異なるウェル内に存在し得るか、または、異なるcrRNAが、固体表面上の個別の位置に付着しているCas13タンパク質と複合体化し得る。本明細書において記載されるように、固体表面に付着している全てのcrRNAまたはCas13タンパク質は、crRNA:Cas13複合体の形成、SARS-CoV-2のRNAによる活性化、およびレポータRNAの切断に干渉しない様式で提供される。
キットはまた、1つまたは複数の蛍光色素、蛍光クエンチャー、ヌクレアーゼを含有しない水、溶液のpHを調整するためのバッファー構成要素、ヌクレアーゼ阻害剤(例えばRNase阻害剤)、反応容器、細胞/ウイルス溶解試薬、サンプルを安定化させるための構成要素、RNAを安定化させるための構成要素、グローブ、マスク、患者からサンプルを回収するための道具、またはこれらの組み合わせなどの構成要素も含み得る。例えば、キットは、アレクサ(Alexa)430、STAR 520、ブリリアントバイオレット510、605、および610、またはこれらの組み合わせなどの蛍光色素を含み得る。蛍光色素はフルオロフォアとして使用され得、また、アイオワブラックFQおよびRQ(IDT)はクエンチャーとして使用され得る。フルオロフォアおよびクエンチャーの選択は、どちらが励起光からのあらゆるバックグラウンドシグナルを最小にしながら最適なシグナルを生じさせるかに基づいて行うことができる。
サンプルを回収するための道具は、少なくとも1つのスワブ、サンプル用の容器、アルコールスワブ、ヌクレアーゼ阻害剤(例えばRNase阻害剤)、またはこれらの組み合わせを含み得る。
キットはまた、蛍光を検出するための装置または構成要素も含み得る。蛍光ベースの読み出し技術は、アッセイの感度を増大させ、可動検出技術と組み合わせると、診断の現場配備可能な特徴を可能にする。携帯電話は、検査室のプレートリーダーとは異なる方法で光を検出するが、照明光学系および集光光学系を適正に設計することで、蛍光の検出に適合させることができる。例えば、キットは、蛍光シグナルの検出および/または定量を可能にするために可動装置(例えば携帯電話)と組み合わせることができる、米国特許第10,578,851号において記載されているスライドスキャンシステムのためのハードウェアおよび/またはソフトウェアを含み得る。
検査室外での検査を可能にするために、革新的な携帯電話ベースの検出を使用することができる。携帯電話のカメラは、先進世界および開発途上世界において最も至る所にある光学センサーであり、顕微鏡および分光器として使用されてきている(スミス(Smith)ら、PLoS ONE.6(3):e17150(2011年3月);バーグ(Berg)ら、ACS Nano.9(8):7857~66(2015);スカンダラジャ(Skandarajah)(2015))。加えて、コアプロセッサー、データ・コネクティビティー、および帯域幅を有する携帯電話は、高度な診断適用に利用することができる計算能力を提供する。本明細書において記載される方法と携帯電話ベースの技術とを組み合わせることによって、検査サンプルを検査機関に送ることなくSARS-CoV-2を検出することが可能となり、むしろ、CoVID-19の感染を、研究室、クリニック、および病院ではなく遠隔地で検出することが可能となる。したがって、本明細書において記載されるアッセイと感度の高い蛍光ベースのアウトリードとを組み合わせる方法およびキットは、根本的に新規なSARS-CoV-2診断法への具体的なトランスレーショナルな進歩をもたらす。
本方法、キット、および装置はまた、検出手順の結果を、検査対象のサンプルを提供した対象に、1人もしくは複数人の医療関係者に、1つもしくは複数の政府当局に、データベースに、またはこれらの組み合わせに報告するための、指示および/または構成要素も含み得る。本方法、キット、および装置はまた、検査対象のサンプルを提供した対象の位置を報告することも含み得る。報告される結果は、SARS-CoV-2感染の陽性または陰性の報告を含み得る。
必要に応じて、本方法は、SARS-CoV-2が検出されているまたはモニタリングしたSARS-CoV-2レベルが増大している対象においてSARS-CoV-2を処置するさらなる工程を含む。このような方法は、検出可能なSARS-CoV-2を有する患者への治療剤の投与を含み得る。
SARS-CoV-2が検出されている場合のこのような処置は、抗ウイルス療法、抗レトロウイルス療法(ART)、呼吸の補助(酸素、気管挿管)、炎症を低減させるためのステロイド、肺炎症を低減させるためのステロイド、血漿の輸血、またはこれらの組み合わせを含み得る。例えば、SARS-CoV-2に感染した患者には、デキサメタゾン、レムデシビル(ベクルリー)、バムラニビマブ、カシリビマブ、イムデビマブ、またはこれらの組み合わせを投与することができる。バムラニビマブ、カシリビマブ、およびイムデビマブでの治療法は、疾患の進行および重度の病気のリスクが高い患者に、FDAのEUAの下で利用可能である。一部の患者はまた、抗SARS-CoV-2モノクローナル抗体の投与の利益を受け得る。
一部の場合では、本明細書において記載されるキットはまた、SARS-CoV-2を処置するための治療剤も含み得る。
SARA-CoV-2の配列
コード領域を有するSARS-CoV-2ゲノムのDNA配列は、NCBIウェブサイトから受託番号NC_045512.2として入手可能である(本明細書において配列番号55として提供される)。
SARA-CoV-2の配列
コード領域を有するSARS-CoV-2ゲノムのDNA配列は、NCBIウェブサイトから受託番号NC_045512.2として入手可能である(本明細書において配列番号55として提供される)。
SARS-CoV-2のウイルスゲノムはRNAである。したがって、一部の場合では、SARS-CoV-2のウイルスゲノムは、チミン(T)残基がウラシル(U)残基である、前述のDNA配列のコピーであり得る。一部の場合では、SARS-CoV-2ウイルスゲノムは、前述のDNA配列の相補体であり得る。
しかし、SARS-CoV-2ウイルスゲノムはまた、配列バリエーションも有し得る。例えば、本明細書において記載される方法、組成物、および装置によって検出されるSARS-CoV-2ウイルスゲノムは、SARS-CoV-2の配列番号55の核酸のRNAコピーまたはRNA相補体に対して少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、または100%の配列同一性を有し得る。
SARS-CoV-2は、配列番号55の配列の1~265位に、5’非翻訳領域(5’UTR、リーダー配列またはリーダーRNAとしても知られている)を有し得る。このような5’UTRは、開始コドンのすぐ上流にあるmRNA領域を含み得る。同様に、SARS-CoV-2は、29675~29903位に3’非翻訳領域(3’UTR)を有し得る。プラス鎖RNAウイルスでは、3’UTRはウイルスRNA複製の役割を有し得、それは、マイナス鎖RNAの複製中間体の起点がゲノムの3’末端にあるためである。
SARS-CoV-2のゲノムは、幾つかの主要な構造タンパク質:スパイク(S)タンパク質、ヌクレオカプシド(N)タンパク質、膜(M)タンパク質、およびエンベロープ(E)タンパク質をコードする。これらのタンパク質の一部は、配列番号55の配列の266~21555位にある、大きなポリプロテイン部分である。
RNA依存性RNAポリメラーゼは、SARS-CoV-2配列番号55の核酸の13442~13468位および13468~16236位でコードされる。このRNA依存性RNAポリメラーゼは、NCBI受託番号YP_009725307が割り当てられており、以下の配列(配列番号56)を有する。
このようなSARS-CoV-2 RNA依存性RNAポリメラーゼは、RNA、例えばSARS-CoV-2 RNAを増幅させるために使用することができる。
装置
図10は、光学的方法に従ってフルオロフォアを検出するための可動装置を含む、ポイントオブケア(POC)システムを示している。POCシステムは、組み込まれた携帯電話および特定のカートリッジを含み、当該カートリッジは、スワブ用のインサート、アッセイ、蛍光を励起させ測定するためのレーザおよびキャピラリーを有する。携帯電話は、検査室の蛍光光度計およびプレートリーダーと異なる方法で光を検出するが、照明光学系および集光光学系を適合させることによって、蛍光検出に適合させることができる。携帯電話のカメラは、波長を選択し、カラーイメージをキャプチャーするための、交互のピクセル(ベイヤーフィルターモザイクまたは関連するパターンで)の上を覆って位置するカラーフィルタを有する、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)センサーを使用し得、その一方、蛍光光度計およびプレートリーダーは、検出のための波長および光電子増倍管を選択するために回折格子を使用することが多い。
装置
図10は、光学的方法に従ってフルオロフォアを検出するための可動装置を含む、ポイントオブケア(POC)システムを示している。POCシステムは、組み込まれた携帯電話および特定のカートリッジを含み、当該カートリッジは、スワブ用のインサート、アッセイ、蛍光を励起させ測定するためのレーザおよびキャピラリーを有する。携帯電話は、検査室の蛍光光度計およびプレートリーダーと異なる方法で光を検出するが、照明光学系および集光光学系を適合させることによって、蛍光検出に適合させることができる。携帯電話のカメラは、波長を選択し、カラーイメージをキャプチャーするための、交互のピクセル(ベイヤーフィルターモザイクまたは関連するパターンで)の上を覆って位置するカラーフィルタを有する、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)センサーを使用し得、その一方、蛍光光度計およびプレートリーダーは、検出のための波長および光電子増倍管を選択するために回折格子を使用することが多い。
上記のように、携帯電話のカメラを蛍光検出に適合させるために、リボオリゴヌクレオチドを、本明細書において先に記載したフルオロフォアおよびクエンチャーの両方と共に含む、新規なレポータRNAを使用することができる。本明細書において同様に先に記載した選択過程に従うと、10の候補RNAオリゴヌクレオチドが選択および検査され、フルオロフォアおよびクエンチャーが結び付いている最良のRNAオリゴヌクレオチドを、SARS-CoV-2 RNAの検出のための可動装置(例えば、図10の携帯電話)と共に使用することができる。
どの色素、クエンチャー、またはこれらの組み合わせが、励起光(例えば、485ナノメートル(nm)のレーザであり得るが、この場合に限定されない、図10に示すレーザ)からのあらゆるバックグラウンドシグナルを最小にしながら最適なシグナルをもたらすかを決定するために、アレクサ(Alexa)430、STAR 520、ブリリアントバイオレット510、605、および610、またはこれらの組み合わせを含む蛍光色素をフルオロフォアとして使用することができ、また、アイオワブラックFQおよびRQ(IDT)をクエンチャーとして使用することができる。検査用の電話、例えば、図10に示す携帯電話または他の可動装置は、キャピラリーで励起光によって生じた発光を検出することができ、ここで、キャピラリーには、Cas13アッセイのためのアッセイ試薬がロードされている。カラーフィルタの透過スペクトルおよび相対的感度が、センサーの特徴付けに適合した蛍光光度計を使用して決定され得る。考えられるフルオロフォア/クエンチャーの組み合わせのパネルの蛍光シグナルおよびバックグラウンドシグナルは、同一の蛍光光度計で特徴付けすることができ、検査用の電話および利用可能な最善の励起LEDまたはレーザおよび干渉フィルター対と組み合わせると、シグナルおよびバックグラウンドの全体を計算することができる。上位3つの候補フルオロフォア/クエンチャーの組み合わせが、キャピラリーにロードされた20μlのサンプル体積からの蛍光を測定するように設定された携帯電話ベースの逆レンズ顕微鏡システムを用いて実験的に検査される。フルオロフォア/クエンチャーの組み合わせを選択するための基準としては、検査サンプル(標的アクチベータ)の不存在下でのバックグラウンド蛍光の低減、および、標的アクチベータが存在する場合の、選択されたCas13酵素による最大の切断が含まれる。蛍光の変化は経時的に測定され、センサーの積分時間は、露出設定を最適化するように変化してよい。フルオロフォア/クエンチャーの組み合わせの濃度は、Cas13a RNPとの複合体におけるアクチベータRNAの濃度(合成の、または感染したサンプルから単離された)の変化に伴って変化して、サンプル調製の制約を決定し、アッセイの検出限界を同定する。幾つかのcrRNAおよびCas13タンパク質の選択が記載されているが、これらの場合に限定されず、他のタンパク質が選択されてもよい。
他の場合では、光学的ではなく機械的なプロセスが検出に使用され得る。1つのこのような場合では、微細作製されたカンチレバーベースのセンサーは、リファレンスカンチレバーおよびセンサーカンチレバーを含む。センサーカンチレバーのトランスデューサー表面で検出される標的種の存在は、カンチレバーの質量を増大させ、静電気的な反発、立体的障害、ファンデルワールス相互作用、または水和力などの分子相互作用に起因する屈曲を生じさせる。共鳴周波数シフトもまた生じる。
一部の場合では、リファレンスカンチレバーと異なる、センサーカンチレバーの屈曲は、例えば、図10または機械700(図11)の処理回路または他の構成要素によって検出される。活性化されると、Cas13は、センサーカンチレバーへの結合分子であるRNAを切断し得、センサーカンチレバーの曲げ剛性を変化させて、共鳴周波数のシフトを生じさせる。あるいは、活性なCas13は、カンチレバーに結合している分子を放出し得、また、カンチレバーの屈曲および/または共鳴周波数を変化させる。カンチレバーへのこのような結合または未結合は、カンチレバーの質量の変化に加えて、屈曲が促進されるように非対称的に行うことができる。検出は、例えば屈曲の程度に基づいて行うことができる。
カンチレバーは、標的分子の存在によって生じる質量負荷および表面の弾性の変化に対して感度が高い場合がある。これは、カンチレバーの剛性力の変化を生じさせ得る。したがって、ヤング率が高い材料を、カンチレバーでの使用に検討するべきである。このような材料としては、ダイアモンドが含まれる。さらに、ダイアモンドの炭素終端表面は、感度の高い層として使用される有機化合物の共有結合によって容易に修飾され得る。
カンチレバーの共鳴周波数の測定は、機械700(図11)の装置に含まれ得る、ドップラーレーザ干渉装置などの機器で行うことができる。少なくともこれらの場合では、620~690nmの範囲で発光するコヒーレントレーザ源は、ビームスプリッターを通過する。ビームの半分は、共振性のカンチレバー表面に送られ、ここでビームは反射して、カンチレバーの共鳴周波数を検出するための干渉計およびデモジュレーターに戻る。ビームの残り半分は、参照のために干渉計に直接送られる。他の場合では、検出のために別の電気的プロセスが行われる。1つのこのような場合では、電気化学的なRNAアプタマーベースのバイオセンサーが使用される。RNAアプタマー配列は電極(例えば金で構成される)に固定され得、また、電極の一端は、フェロセン(Fc)酸化還元プローブとコンジュゲートしていてよい。荷電した基が導電性表面に結合しているRNAアプタマーは、活性なCas13によって切断され(または、Cas13の切断によって放出されるものによって結合され)、電子移動を阻害し、導電性表面への酸化還元電流を変化させる。この電流の測定は、例えば、図10または機械700(図11)の処理回路または他の構成要素によって行われる。
上記のキャピラリーを有するカートリッジを含むアダプターが、図11で示されているPOCシステムで提供され得るか、これに含まれ得る。POCシステム(例えば、携帯電話の、以下の図11で記載されている処理回路)は、検出結果を測定および送信するためのソフトウェアを含み得る。検出結果は、携帯電話のGPSシステムまたは他の位置ベースのシステムに基づいて、コンタクト・トレーシングに使用され得る。検出結果は、キーベースのハンドシェイク、パスコードなどの使用を介して、匿名のまたは安全な方法で保存または取得され得、結果は、生物監視における使用のために集められ得る。
図56は、例示的な蛍光イメージングシステム10の透視図である。この例において、システム10は、限定はしないが携帯電話、タブレットpc、ノートパソコン、またはそれに類するものを含む可動装置14を連結し、これらと協働するように構成されている。図56で提供されている例で示されている可動装置14は、カメラ(例えば、ビデオカメラまたはスチルカメラの1つまたは複数)などの光学センサーを含んでおり、一部の例では、取り付けられた可動装置光学系を含んでいる。
蛍光イメージングシステム10は、励起源(例えば光源)、光学系、フィルター、およびサンプル保持機構を有する、システム筐体12を含む。本明細書において論じられる蛍光イメージングシステム10は、アッセイ混合物などの検査サンプル中の抗原を蛍光によって検出し、必要に応じて定量するように構成されている。本明細書において論じられるように、可動装置14を含む例示的なシステム100において、装置14は、例えば、携帯電話カメラなどの可動装置の光学センサーで、アッセイ混合物(および必要に応じてコントロール混合物)からの蛍光を受け取る。可動装置14は、受け取った蛍光を解読し、アッセイ混合物中の1つまたは複数の抗原の指標、1つまたは複数の抗原の量または濃度、またはそれに類するものを提供する、オンボード・コントローラ(例えば、プロセッサ、プログラムされたロジックコントローラ、回路、機械判読可能なメディア、ソフトウェアモジュール、またはこれらに類するもの)を必要に応じて含む。例えば、可動装置14は、1つまたは複数の静的または動的な閾値を有するコンパレータを含み、コンパレータは、閾値と比較した、アッセイ混合物からの蛍光を分析して、抗原の存在を示す。別の例では、蛍光の強度(例えば、吸光度、減衰、輝度、これらの測定値の勾配、これらの変化率、またはこれらに類するもの)が解読されて、抗原の存在、量、または濃度の1つまたは複数が示される。別の例では、閾値は、アッセイ混合物のように同様に励起照明を受けている1つまたは複数のコントロール混合物に基づくものであり、コントロール混合物の蛍光は、アッセイ混合物の蛍光と比較するためのベース閾値として使用される。例えば、コントロール混合物の蛍光よりも強いアッセイ混合物の蛍光(例えば、コンパレータでの分析を介する)は、一例では、抗原の存在を示している。別の例では、アッセイ混合物の蛍光は、特定の一定値または関数ベースの値によって修正されたコントロール混合物の蛍光よりも強い場合、抗原の存在を示す。プロットされた、時間に対するアッセイ混合物の蛍光(単独の、またはコントロール混合物と比較した)は、別の例では、抗原の量または濃度に対応している(例えば、ルックアップテーブル、数学的関数、またはそれに類するものでの比較による)。
図56にさらに示すように、システム100は、1つまたは複数のカートリッジチャンバ18(例えば、キャピラリー、チャネル、溝、通路、またはこれらに類するもの)を有する、サンプルカートリッジ16を含む。カートリッジチャンバ18は、システム100での検査のために、限定はしないがアッセイ混合物、コントロール混合物、またはそれに類するものを含むサンプルを保持するように構成されている。カートリッジチャンバ18は、一例では、LEDジェネレータ、レーザジェネレータ、またはそれに類するものなどの励起源からの励起照明と相補的に整列するように構成されている。例えば、カートリッジチャンバ18は、励起照明と一列になる(例えば、励起照明に沿う、励起照明と平行になる、またはそれに類する)方向にされて、さもなければ蛍光を人為的に絞り得るカートリッジチャンバ18の部分の影の形成または遮蔽を最小にしながら、カートリッジチャンバ18の体積(およびその中のサンプル)を励起照明に露出する。励起照明およびカートリッジチャンバ18(およびその中のサンプル)の方向の一例が、図58Bの右側の構成画像で示されている。
カートリッジチャンバ18を有するサンプルカートリッジ16は、蛍光イメージングシステム10のカートリッジポート17にロードされる。カートリッジ16のロードによって、カートリッジチャンバ18は、蛍光のための励起照明に対して相補的な励起方向(整列している、並行の、方向が同じである、またはそれに類する)に位置付けられる。例えば、システム筐体12は、サンプルカートリッジ16を受けるように構成されたカートリッジソケット19を含む。相補的なカートリッジソケット19およびサンプルカートリッジ16(例えば、両者の相補的プロフィール)は、カートリッジチャンバ18およびそれらに付随するサンプルの位置を、励起源および光学センサーと相補的な方向に自動的に位置付ける。例えば、励起源からの照明は、カートリッジチャンバの方向と共通の少なくとも1つの共通ベクトルに沿って伝搬される(図58Bに示すように、励起照明の構成ベクトル31は、カートリッジチャンバ18と方向が同じである)。同様に、ロードされた、カートリッジチャンバ18を有するサンプルカートリッジ16は、観察方向にあり、また、そこからの蛍光はしたがって、光学センサーに向けられている。サンプルカートリッジおよび相補的なカートリッジソケット19は、サンプルのロード、検査、および取り出しを容易にする。追加のサンプルカートリッジ16を用いてのこれらの手順の反復は、こうして、カートリッジチャンバ18が励起方向および観察方向に自動的に向けられることを介して、容易に行われる。
図57は、(この例では)可動装置14を含む蛍光イメージングシステム10の一例の概略図である。システム10は、励起源20、例えば、レーザジェネレータ、および一例では488ナノメートル(nm)のレーザジェネレータを含む。必要に応じた励起フィルター22は、励起源20に近接しており、アウトプット励起照明を、カートリッジチャンバ18への伝搬の前にフィルタリングする。例えば、励起フィルター22は、励起照明を、およそ450~470nmの間の波長に、またはサンプル(例えば、アッセイ混合物、コントロール混合物、もしくはそれに類するもの)での蛍光を促進する波長に、フィルター処理する。
図57にさらに示すように、励起照明に対して斜角の方向にされたカートリッジチャンバ18が、概略的に示されている(記載を容易にするために、サンプルカートリッジの残り部分は図57では除かれている)。一例では、カートリッジチャンバ18およびその中のサンプルは、励起照明に対して斜め方向にされているが、照明の1つまたは複数の構成ベクトルが、励起方向のカートリッジチャンバと同じ方向である。例えば、図58Bに示すように、励起照明の構成ベクトル31は、細長いプロフィールのカートリッジチャンバ18と方向が同じである(例えば、平行である、整列している、またはそれと同様)。一例では、この方向は励起方向51と呼ばれ、蛍光または蛍光の観察を妨げ得る照明の遮蔽、影、光の散乱、またはこれらに類するものを最小にしながら、カートリッジチャンバのかなりの部分の照明を容易にする。
励起照明での、カートリッジチャンバ18およびその中のサンプルの照明は、例えば、Cas13アッセイ試薬またはそれに類するものが存在している場合に、蛍光を生じさせる。蛍光は、図57において、カートリッジチャンバ18から全体的に放射しているものとして示されている。少なくとも一部の量の蛍光は、カメラを有し、光学センサーが取り付けられている、可動装置14に向けられている。示されているように、1つまたは複数の追加の構成要素が、蛍光の観察、および付随する、抗原の量または濃度の検出、同定、または決定を容易にするために、カートリッジチャンバと可動装置14との間に必要に応じて挟まれている。
一例として、構成要素としては開口部23が含まれ、これは、カートリッジチャンバ18のプロフィール(例えば、形状、サイズ、またはそれに類するもの)に対応して光学センサーでの光の散乱を最小化し、照明を形作るように構成された、開口部口を有する。別の例では、イメージング光学系28が、カートリッジチャンバ18と可動装置14の光学センサーとの間に挟まれている。イメージング光学系28は、一例では、蛍光照明を光学センサーに集める。別の例では、イメージング光学系28は、可動装置の光学系40などの光学系と協働して(図58Aを参照されたい)、蛍光照明を可動装置14の光学センサーに集合的に集める。例えば、イメージング光学系28は、カートリッジチャンバ18および付随するサンプルのクローズアップ観察またはマクロ観察のために、逆レンズまたは可動装置の光学センサー42を適合させる逆レンズモジュール、および可動装置の光学系40を含む。
本明細書において記載されるように、イメージング光学系28(または図59A、図60における116)は、必要に応じてテレセントリックであり、視野(FOV)内の1つまたは複数の位置のフィルター性能の変化を最小にすることによって発光フィルターの性能を増強させる。逆に、テレセントリックなイメージング光学系28(または116)は、FOV全体での性能の一貫性(同一性を含む)を増強させ、FOV内の1つまたは複数の位置での不特定の色へのシフト(ブルーシフトなど)を最小にし、光学センサーでの観察および分析のための一貫した蛍光出力を提供する。
図58Aは、蛍光イメージングシステム10の1組の概略図を含んでいる。図58Aの左側の図はシステム10の側面からの図であり、構成要素を見るためにシステム筐体12が開かれており、一方、右側の図は、可動装置の光学センサー42およびサンプルカートリッジ16に近接した、システム10の端面図であり、サンプルカートリッジ16から可動装置の光学センサー42への蛍光の伝搬を示している。
システム10の一方の(左側の)図において、励起照明は励起源20から生じ、励起フィルター22で必要に応じてフィルター処理される。励起照明は、システム筐体12を通って、その中にサンプルを有するカートリッジチャンバ18を有するサンプルカートリッジ16に向けられる。図58Aに示すように、励起照明は1つまたは複数のミラーを有する支持筐体12を通って導かれて、照明をサンプルカートリッジ16に再び向ける。必要に応じて、開口部口26を有する開口部24が、励起源20とサンプルカートリッジ16との間に挟まれている。開口部24は光の散乱を最小にし、照明をカートリッジチャンバ18に対応するプロフィール(例えば、形状、サイズ、またはそれに類するもの)で向けて、光学センサーを飽和させ得るかまたはカートリッジチャンバ18内のサンプルで生じる蛍光の検出を不明瞭にし得る光の散乱を生じさせる外部からの照明を最小にしながら、カートリッジチャンバ18の照明を確実にする。
ここで図58Aおよび図58Bを参照すると、励起源20から、サンプルカートリッジ16のカートリッジチャンバ18への、励起照明の伝搬が示されている。図58Aに示すように、励起照明は、カートリッジチャンバ18に対して斜めの励起照明の構成照明ベクトル29(励起照明の構成ベクトルとも呼ばれる)を含む。例えば、示されている構成照明ベクトル29はカートリッジチャンバ18に向けられているが、その点以外では、カートリッジチャンバ18と整列してもおらず、同じ方向でもなく、平行でもなく、またはそれと同様である。励起照明は、カートリッジチャンバ18内のサンプルと相互作用して蛍光を生成し(例えば、サンプルに蛍光を生じさせ)、また、蛍光は、可動装置の光学センサー42などの光学センサーで観察され、必要に応じて定量される。図58Aおよび図58Bにおける散乱光33で示されるように、構成ベクトル29の斜めの方向は、励起照明を散乱させて光学センサー42から遠ざけて、センサー42での蛍光の不明瞭さを最小にする。
図58Bの右側の構成図は、励起照明52に対するカートリッジチャンバ18の励起方向51の詳細な図を提供している。示されているように、この例でのカートリッジチャンバ18は、その中にサンプル(例えば、アッセイ混合物、コントロール混合物、またはそれに類するもの)を有する、細長いプロフィールを有する。図58Bでさらに示すように、励起照明52は、別の構成照明ベクトル31(励起照明の構成ベクトルとも呼ばれる)を含む。示されている構成ベクトル31は、カートリッジチャンバ18(例えば、チャンバ壁21およびその中のサンプル)と方向が同じであるか、または逆に、カートリッジチャンバ18は、構成ベクトル31と方向が同じである。例えば、ベクトル31は、チャンバ壁21に対応する細長いプロフィールのカートリッジチャンバ18と整列しているか、平行であるか、または方向が同じである。励起方向51を有する励起照明はこれによって、カートリッジチャンバ18の大部分に向けられ(例えば、細長いプロフィールまたは寸法に沿って)て、チャンバ中のサンプルの対応する大部分を照明する。カートリッジチャンバ18およびその中のサンプルは励起照明の構成ベクトル31と方向が同じであるため、照明の遮蔽、カートリッジチャンバに落ちる影、またはそれに類するものが最少となる。逆に、カートリッジチャンバ18の大部分(例えば、サンプルの表面からチャンバの底までの、チャンバ体積全体、体積の大部分、または体積のほとんど大部分)が照明され、照明された部分は、抗原および適切な試薬の存在に基づいて蛍光を発する。逆に、さもなければ蛍光が乏しいかまたは蛍光を発することができない、カートリッジチャンバ18の遮蔽されたまたは影が形成された部分は、これによって最小となる。図58Bに示すように、蛍光を発しているアッセイ混合物54および蛍光を発しているコントロール混合物56はそれぞれ、それらのそれぞれのプロフィールの大部分で、例えばサンプル表面でおよびサンプル体積の全体にわたって、例えばチャンバ18の底に向かって(例えば、ページの向こう側に向かって)、蛍光を発する。
図58A(両構成図)は、可動装置14の可動装置光学センサー42などの光学センサーに対する、カートリッジチャンバ18およびその中のサンプルの観察方向27の一例を示す。示されているように、カートリッジチャンバ18と、その中のサンプルからの蛍光(励起照明によって生じる)とは、光学センサー42に向けられている。例えば、カートリッジチャンバ18のチャンバ壁21は、カートリッジチャンバ18から光学センサー42への蛍光(図58Aの両構成図において垂直な点線矢印で示されている)と方向が同じである(例えば、整列している、平行である、またはそれと同様)。したがって、サンプルによってカートリッジチャンバ18内で生じた蛍光は、サンプルカートリッジ16から光学センサー42まで遮蔽が最少の状態で伝搬されて、蛍光の検出が容易になる。逆に、励起照明からの散乱光33は光学センサー42から離れる方に向けられており、蛍光の検出に対する散乱光の影響はこれによって最小となる。
カートリッジチャンバ18で励起照明で生じた蛍光は、光学センサー42に対する観察方向27(例えば、カートリッジ16およびそのチャンバ18の位置付け)に従って光学センサー42に向けられる。図58Aに示すように、蛍光は、光をフィルター処理し、蛍光を光学センサー42まで優先的に通過させるための、発光フィルター30を通過する。必要に応じて、イメージング光学系28(上記の)が、サンプルカートリッジ16と可動装置の光学系40との間に挟まれており、可動装置の光学系40と協働して、可動装置の光学センサー42への蛍光の伝搬を増強させる。別の選択肢では、光学センサー42への散乱光の通過を最小にし、光学センサー42に伝搬される蛍光をカートリッジチャンバ18のプロフィールに対応して形作る(例えば、また、センサーへの散乱光の伝搬を最小にする)ために、開口部23が提供されている。
図58Bの左側の構成図は、右側の構成図で示されている蛍光を発しているアッセイ混合物54および蛍光を発しているコントロール混合物56に対応する、サンプル蛍光プロフィール50の一例を示している。この例において、蛍光プロフィール50は、可動装置14のディスプレイで示されている。蛍光プロフィール50の中心部分は、蛍光を発しているアッセイ混合物54に対応しており、また、定性的な、蛍光を発しているコントロール混合物56に対応するプロフィール50の左側(および/または右側)部分と比較して高い吸光度(au)を有している。必要に応じて、蛍光イメージングシステム10は、可動装置14または付随するコントローラを介して、アッセイ混合物およびコントロール混合物の吸光度の間の差を定量する(例えばコンパレータで)ように構成されており、これによって、蛍光を発しているアッセイ混合物から抗原の存在またはその欠如を検出し、必要に応じて、抗原の量または濃度を決定する。
例えば、可動装置14(またはコントローラ)は、1つまたは複数の静的または動的な閾値を有するコンパレータを含み、コンパレータは、閾値に対するアッセイ混合物(および一例ではコントロール混合物)からの蛍光を分析して、抗原の存在を示す。別の例では、強度(例えば、吸光度、減衰、これらの測定値の勾配、これらの変化率、またはこれらに類するもの)が解読されて、抗原の存在、量、または濃度の1つまたは複数が示される。さらに別の例では、閾値は、アッセイ混合物のように励起照明を受けている他のカートリッジチャンバ18内のコントロール混合物に基づくものであり、コントロール混合物の蛍光は、アッセイ混合物の蛍光と比較するためのベース閾値として使用される。例えば、蛍光を発しているコントロール混合物56よりも強い、蛍光を発しているアッセイ混合物54の蛍光(例えば、コンパレータでの分析を介して)は、一例では、抗原の存在を示している。別の例では、アッセイ混合物の蛍光は、特定の一定値または関数ベースの値によって修正されたコントロール混合物の蛍光よりも強い場合、抗原の存在を示す。変化率または勾配としての、時間に対するアッセイ混合物のプロットされた蛍光(単独のまたはコントロール混合物と比較した)が必要に応じて解読されて、抗原の量または濃度が決定される(例えば、ルックアップテーブル、数学的関数、またはそれに類するものでの比較による)。
可動装置14は、蛍光イメージングシステム10を制御するまたは作動させる、例えば、励起照明を制御する、サンプルカートリッジ16の設置(例えば、励起方向および観察方向で設置されている、完全に設置されている、整列している、もしくはそれと同様)をチェックする、抗原の濃度を同定、定量、もしくは決定するために蛍光を分析する、またはそれと同様のことを行うように構成されたコントローラ(例えば、プロセッサ、プログラムされたロジックコントローラ、回路、機械判読可能なメディア、ソフトウェアモジュール、またはこれらに類するもの)を必要に応じて提供する。別の例では、蛍光イメージングシステム10の制御は、プロセッサ、プログラムされたロジックコントローラ、回路、機械判読可能なメディア、ソフトウェアモジュール、またはこれらに類するものなどの、搭載されたまたはリモートのコントローラ(例えば、ワイアレスまたは有線の)で行われ、コントローラは、励起源20、光学センサー42、またはそれに類するものなどの、システム10の特徴と相互接続している。コントローラは、サンプルで生成され光学センサー42で検出される蛍光などのサンプルの分析を必要に応じて行って、抗原の存在、その量、濃度、またはそれに類するものの1つまたは複数を決定する。
図56~図58Bは、蛍光イメージングシステム10の一例を示している。システム10の例示的な設計の詳細が、本明細書において提供されている。システムは、およそ0.04~0.08の間の集光開口数(NA)を有し、一例では、およそ0.06のNA、およそ10×10mm~20×20mm、また一例ではおよそ15×15mmの視野(FOV)を有し、また、最大FOVでおよそ15~25mWの間、また一例では20mWの出力の、レーザベースの斜めの照明での蛍光励起を採用する。
例えば、サンプルカートリッジ16、付随するカートリッジチャンバ18、またはサンプル自体の、サンプルの特徴としては、例えばカートリッジチャンバ18のおよそ40μlのサンプルウェル体積(すなわち、およそ40mm3の体積、または1辺がおよそ3.3mmの立方体;実際には、体積は、異なる縦横比を有し得る)が含まれる。カートリッジチャンバ18に保持されるサンプル混合物は、限定はしないが、水性バッファー中のおよそ400nMの濃度のクエンチャー結合型フルオロフォア(例えば、限定はしないが、フルオレセインタイプを含む)を含み、前記バッファー中で、クエンチャーは、生化学的アッセイの一部としての蛍光体から遊離している(蛍光体への結合が切断されている)。結合が切断される前は、クエンチングは不完全であり、通常のおよそ2パーセントの、有効フルオロフォア量子収量(QY)である。
蛍光イメージングシステム10は、限定はしないが、視野(FOV)、開口部数(NA)、集光効率(CE)、励起照明強度、励起照明の均一性、またはこれらに類するものを含む、1つまたは複数のシステム特徴を含む。一例では、システム10は、およそ15mm直径の、1辺が15×15mmの、またはそれと同様の、比較的大きなFOVを含む。FOVは、サンプルカートリッジ16のカートリッジチャンバ18などの、複数のサンプルウェルおよびコントロールウェルのイメージングを容易にする。
蛍光イメージングシステム10のシステム特徴は、携帯電話カメラなどの取り付けられている可動装置の1つまたは複数の特徴を必要に応じて含む。一例では、取り付けられている携帯電話カメラは、非テレセントリックであり、かなり広い視野のレンズを含み、最大およそ30度(半角)の主光線角度(CRA)を有する。
別の例では、可動装置を含むかまたは可動装置(例えば可動装置14)と使用するように構成されたシステム10は、開口数(NA)、およびその結果得られる、蛍光イメージングの集光効率(CE)を含む。より高いNAは、通常、より高い集光効率に、または励起照明によってサンプルで生じた蛍光などの観察された光を検出する能力に対応する。一部の例では、焦点が外れている光が、深い(例えば、上記のように2~3mmの)サンプルウェル(カートリッジチャンバ18)内のフォーカルプレーンから出ているため、NAが高いほど、集光された光が、ピントが合っているサンプルウェルイメージの境界を越えて、より多く漏出してくる。漏出は、近くにあるカートリッジチャンバの蛍光との間で不明瞭または混同を生じさせ得る。漏出は、ウェルの中間点に集めることによって必要に応じて最少化され、被写界深度(DOF)がそれに対応して減少する。一部の例では、NAが高まったことに起因するCEの増大と、NAが高まった結果生じる被写界深度(DOF)の低下との間のトレードオフが存在し得、その結果、焦点が外れているウェルの光が隣接したウェルのイメージに漏出する。一部の例では、漏出は、カートリッジチャンバ間の間隔を広げることで最小化される。
励起強度は、蛍光イメージングシステム10のシステム特徴の別の例である。一例では、シグナル-ノイズ比(SNR)は、集められた光子の数の平方根におよそ従って向上する(シグナルはCEに比例し、一方、ショットノイズは√CEに比例するため)。蛍光体からの光子の抽出を最大にすることが有利である。比較的高い励起強度はしたがって、集光効率(CE)をより高め、一部の例では、生化学的蛍光アッセイに使用される典型的な分子(例えばFITC)の小さな励起断面積(およそ1Å2)、光退色の前の典型的な最大蛍光光子発光(生物学的/生化学的アッセイにおける典型的なフルオロフォアでおよそ105~107の発光)、および、今回の場合ではおよそ30分間にもなる総照明時間の30秒前後の総アッセイ時間を考慮すると、有用である。励起源20は、一例では、最大およそ0.1~10W/mm2の強度で照明を発し、この範囲の下の方の部分は、退色がさらに容易なフルオロフォアとの使用に対応している。一例では、励起源20は、サンプルでおよそ20mW、およそ0.2mW/mm2を生じさせるDTRレーザ55mWブルー(シャープ株式会社のレーザダイオードGH04850B2Gを使用、最大55mWでおよそ490nmの出力)ダイレクトダイオードレーザに基づくレーザ照明システムを含む。
本明細書において先に論じたように、可動装置14の設定は、システム特徴の一例である。一例では、蛍光イメージングシステム10の設定は、400 ISOのカメラゲイン(ISO)の設定および2000ミリ秒の露出時間を有する、可動装置14の光学センサー42を含む。
サンプルウェルの長軸に平行な入射角を伴う、励起源20を有する斜めのレーザ照明の使用が、図58A、図58Bに示されている。励起照明がカートリッジチャンバのプロフィール(例えば、チャンバ壁、チャンバの長さ、またはそれに類するもの)と方向が同じであるため、斜めの照明は、カートリッジチャンバ18内の影を最小にする。加えて、斜めの照明は、光学センサー42でのバックグラウンド散乱光の発生を最小にする。逆に、図58A、図58Bにおいて概略的な散乱光33で示されているように、鏡面反映で、散乱光は光学センサー42に当たらない。
励起源20としてのレーザジェネレータを伴う他の例では、高価な励起フィルターは必要に応じて回避され、それは、レーザ発光の波長が狭く、蛍光発光波長とのオーバーラップが最小であるためである。加えて、レーザビームは非常に指向性であるため、レーザビームを、例えば、光をサンプルカートリッジ16の斜めの照明に向けるための1つまたは複数のミラーを有するシステム筐体12内の、システム10の内部に、容易に向けることができる。さらに、励起源としてのレーザジェネレータは、他の例では、照明の均一性を提供する。例えば、レーザビームは、おおよそのガウシアン強度プロフィールを有する。蛍光イメージングシステム10において、励起源20のレーザビームは、必要に応じて、サンプルウェル(カートリッジチャンバ18)の周辺を超えて広がり(例えば、およそ10度の発散半角で)、その結果、おおよそのガウシアンプロフィールの中心部分がウェルに投射されて、ウェルおよびその中のサンプルの照明の増強を促進する。
必要に応じて、広がったレーザビームは、開口部口26を有する開口部24などの開口部でさらに調節される。一例では、レーザビームを広げてサンプル(例えばカートリッジチャンバ18)での照明の均一性を増大させることで、各段に広い視野を照明することができる。より広い視野の照明は、光学センサー42への照明の散乱を増大させ得る。拡大したレーザビームからの散乱を最小にするために、開口部24がビーム経路内に提供され、ガウシアンビームのプロフィールを中心部分にトランケートする。その結果生じた、サンプルカートリッジ16での照明は、こうして、外部からの照明散乱を伴わずにガウシアンの中心部分から提供される均一な照明を伴って、カートリッジチャンバ18に対応する所望の視野に広がる。
別の例では、開口部24を使用することで、照明力と照明の均一性とのトレードオフが存在し得る。必要に応じて、システム10の別の例では、サンプルでのフラットトップなレーザビームプロフィールを増強させるために、設計された(潜在的に回折性の)拡散器が含まれる。
フィルターおよびフィルターの位置は、蛍光イメージングシステム10のシステム特徴の他の例である。上記で論じたように、一例では、システム10は、必要に応じて、励起源20に取り付けられる励起フィルターを含まない。他の例では、図58Aに示すように、励起フィルター22が提供される。別の選択肢では、励起照明としての斜めのレーザ照明および光学センサー42から外れている外部からの照明の散乱を理由として、ダイクロイックまたは2色性のフィルターはシステム10に含まれない。システム100は、図59A、図60に示すように、2色性ミラー122(フィルターの別の例)を含む。さらに別の例では、発光フィルター30などの発光フィルターは、可動装置14(例えば、可動装置の光学センサー42)とシステム10のイメージング光学系28との間に挟まれている。図58Aに示すように、発光フィルターは、可動装置の光学系40と開口部23またはイメージング光学系28の1つまたは複数(例えば、TRH127-020-A、Thorlabsなどのf=20mmの小型のトリプレットレンズ)との間に挟まれている。この位置で、任意の所与のサンプル点からの(光)線の束またはクラスタはほぼ平行であるが、光線束の入射角は視野全体で大きく変化し(0度から最大およそ30度まで)、例えば、照射野の位置が高まると増大する。これは、視野の端に向かって、性能(フィルター透過のブルーシフトを含む)のある程度の低下を生じさせ得る。システム10の別の例では、フィルター位置は、この問題を避けるまたは最小にするために調整される。
蛍光イメージングシステム10の1つの検査用設定が、特定のシステム特徴に基づいて、本明細書において記載されている。およそ15μlのカートリッジチャンバ18のイメージングについて、隣接したカートリッジチャンバ18のイメージのオーバーラップを伴うことなく大きな焦点深度をもたらす適度な開口数(NA)で、極めて広い視野(FOV)が特定されている。蛍光イメージングシステム10は、これらの特定された特徴を含み、また、1バリエーションでは(モバイル接続機能、処理能力、および感度の高いカラーカメラを提供する)可動装置14などの取り付けられたコントローラを含む、費用対効果の高い小型装置である。システム10のイメージング光学系28(図58Aを参照されたい)は、一例では、焦点深度をもたらすf=20mmの小型のトリプレットレンズ(TRH127-020-A、Thorlabs)を含む。例示的なシステム10は、イメージング光学系28と可動装置の光学系40との間に挟まれたChroma 535/40フィルターなどの発光フィルター30を含む。この配置によって、小型のイメージングシステム10が提供される。本明細書において論じられるように、斜めのレーザ照明は1つの例示的な励起源20であり、光の、サンプルへの指向、サンプルでの妥当な強度、ならびに、可動装置の光学センサー42などの光学センサーによって集光されない(光学センサーに「当たらない」)(ビームの指向性および斜めの入射に起因する)サンプルからの鏡面反映を促進し、これによって、バックグラウンド散乱を最小にする。
図59A、図59Bに示されている蛍光イメージングシステム100は、およそ0.09の集光開口数(NA)、およそ12mm直径の視野(FOV)、および最大FOVでおよそ225mWの出力での落射照明蛍光の励起を有する、別の例示的なシステムである。サンプル、例えば、アッセイ混合物、コントロール混合物、液体、またはこれらに類するものの1つまたは複数は、サンプルカートリッジ104内に入れられる。サンプルカートリッジは、一例では、1つまたは複数のカートリッジチャンバ106(キャピラリー、通路、溝、チャネル、またはこれらに類するもの)を含み、当該チャンバは、その中にサンプル(例えば、アッセイ混合物、コントロール混合物、またはそれに類するもの)を保持し、流体用通路200(図60で示されている)などのポートを介して満たされる。本明細書において記載されるように、カートリッジチャンバ106およびその中のサンプルは、システム100で照明される。チャンバ106内のサンプルから生じた光(蛍光)の比較によって、限定はしないが抗原の存在を含む1つまたは複数の特徴の検出が可能となる。
一例では、サンプルの特徴(例えば、カートリッジチャンバ、その中のサンプル、またはそれに類するものの特徴)としては、およそ15μlのサンプルウェル体積(すなわち、≧15mm3の体積、またはおよそ2.5mmの辺を有する立方体、しかし実際には、体積は、異なる縦横比を有し得る)が含まれる。1つの例示的なサンプルは、水性バッファー中のおよそ100nM濃度のクエンチャー結合型フルオロフォア(限定はしないが、フルオレセインタイプを含む)を含み、前記バッファー中で、クエンチャーは、生化学的アッセイの一部としての蛍光体から遊離している(蛍光体への結合が切断されている)。結合が切断される前は、クエンチングは不完全であり、通常のおよそ1パーセントの有効フルオロフォア量子収量(QY)である。
図59Aに示す蛍光イメージングシステム100は、(例えば、構成要素、構成要素の相互関係、またはそれに類するものを介して)抗原の存在などの、サンプルにおける1つまたは複数の特徴の検出を容易にする様々なシステム特徴をもたらすように構成されている。システム特徴としては、一例では、カートリッジチャンバ106などの複数のサンプルウェルおよびコントロールウェルの照明およびイメージングを容易にするための、視野、例えば、およそ12mm直径、およそ10mm~20mmの間の直径、またはそれと同様のFOVが含まれる。
別の例では、蛍光イメージングシステム100は、サンプル(例えば、カートリッジチャンバ106内のサンプル)から発散されたシグナル光子の集光効率(CE)を増強させる、別のシステム特徴である開口数(NA)を含む。システムのための例示的なNAとしては、限定はしないが、0.075~0.10、0.09、またはそれと同様のものが含まれる。
一例では、焦点が外れている光が、本明細書において記載される例えば2~3mm(2.5mm)の深さを有するサンプルウェル内のフォーカルプレーンから反射しているため、NAが高い(例えば、0.075を超える、0.09を超える、またはそれと同様の)ほど、集光された光が、ピントが合っている、カートリッジチャンバ(またはチャンバ)106などのサンプルウェルのイメージの境界を越えて、より多く漏出してくる。光の漏出は、1つのウェルの中間点(カートリッジチャンバ106)での集光、複数のウェルの複数の中間点(複数のカートリッジチャンバまたはそれに類するもの)での集光を含む、システムの1つまたは複数の特徴で最少化される。
したがって、一部の例では、NAが高くなったことに起因するCEの増大と、NAが高くなった結果生じる被写界深度(DOF)の低下との間のトレードオフ、および、隣接するウェル、カートリッジチャンバ106、またはそれに類するもののイメージへの、焦点が外れているウェル光の潜在的な関連する漏出が存在し得る。別の例では、漏出を解消する(最少化する)ために、カートリッジチャンバ106の間の間隔が広げられる。
図59Aの蛍光イメージングシステム100は、1つまたは複数のサンプルを抗原の存在、量、または濃度の1つまたは複数について分析するように構成されている。図59Aで示されているシステム100は、図に示すように、およそ75mmの光路長(落射照明のKohler幾何を伴う)を有する、比較的小型の装置である。一例では、光路長は、他のKohler幾何システムよりも少なくとも1桁小さい。示されているように、励起源110は、2色性ミラー122に向けられている。励起源110としては、限定はしないが、LEDジェネレータ、レーザジェネレータ、スクランブルレーザジェネレータ、またはそれに類するものが含まれる。必要に応じて、励起源110は、励起照明をフィルター処理してサンプルからの蛍光を促進する波長とするように構成された励起フィルターを含む。
図59Aの略図は、例示的な光路を破線で示している。図59Aは、図60においてほぼ同様の位置で示されているシステム100の構成要素の例を含む。図59Aは、LbuCas13-TtCsm6アッセイのための小型でかつ感度の高い蛍光ディテクターである、蛍光イメージングシステム100の例である。加熱モジュール(I)(アッセイ混合物およびコントロール混合物を加熱するためのサンプル加熱モジュール108)、サンプルカートリッジ(II)104、対物光学系(III)112、ならびにカメラ(IV)(光学センサー114)がローマ数字で示されている。
図59Aでさらに示すように、励起照明は、2色性ミラー122から、その中にサンプル(例えば、アッセイ混合物、コントロール混合物、またはそれに類するもの)を有する1つまたは複数のカートリッジチャンバ106を有するサンプルカートリッジ104に向け直される。励起照明の散乱は、2色性ミラー122で、光学センサー114に当たらない向きにされて、光学センサー114で検出される蛍光の不明瞭さが最小となる。
励起照明は、対物光学系112を介して向けられ、カートリッジチャンバ106およびその中のサンプルに伝搬される。一例では、対物光学系112(例えば、1つまたは複数のレンズ、複合レンズ、またはそれに類するもの)は、(照明を集光するのではなく)励起照明をカートリッジチャンバ106にテレセントリックに伝搬する。カートリッジチャンバは、励起照明と方向が同じである(例えば励起方向である)。
図59Aおよび図61における光学的軌跡で示されているように、励起照明は、カートリッジチャンバ106および付随するサンプルのかなりの部分(例えば、全ての部分、実質的に大部分、またはそれと同様)を照明する。図61に示すように、クラスタの各々の中心光線は、カートリッジチャンバ106に対応する照明プロフィール302全体にわたり分布した位置で生じる。加えて、中心光線は、照明プロフィール302(およびカートリッジチャンバ106)に対して横方向(例えば垂直)である。逆に、照明(図61における中心光線など)は、チャンバ壁107と方向が同じであり(例えば、平行である、整列している、またはそれと同様)、これによって、チャンバ106内のサンプルを、例えば、対物光学系112に近いサンプル表面から、チャンバウェル109などのチャンバ106の低部までを、均一に照明する(図59Aを参照されたい)。テレセントリックな均一の照明(例えば、穴の底を目標としたフラッシュライトのような)は、遮蔽、影、またはそれに類するものによって生じる励起照明の中断を最小にする。照明は、サンプルの大部分(サンプル全体、サンプルのかなりの部分、またはそれと同様のものを含む)とそれ相応に相互作用して、特定の抗原が本明細書において記載される試薬と共に存在する場合には、蛍光を引き起こす。
別の例では、サンプルカートリッジ104は、システム筐体102の対応するカートリッジソケットによって受けられて、カートリッジチャンバを励起照明に対して相補的な位置に置く、例えば、カートリッジチャンバを励起照明と整列させる励起方向にする。例えば、システム筐体102は、サンプルカートリッジ104のカートリッジプロフィールに相補的なソケットプロフィールを有するカートリッジソケットを含み、ソケットとカートリッジとの間の結び付きによって、サンプルカートリッジが励起方向にされる(例えば、図56に示すカートリッジソケット10およびサンプルカートリッジ16と同様の様式で)。図59Aに示すように、カートリッジチャンバ106での照明の光学的軌跡(水平な破線)は、チャンバ壁107と方向が同じであり(例えば、整列している、平行である、またはそれと同様)、照明はチャンバ106のかなりの部分に伝搬されて、その中のサンプルを適宜照明する。別の例では、例えばチャンバを励起照明内に置くために、サンプルカートリッジ104を励起方向にすることで、カートリッジチャンバ106は示されているような方向にされ、また、カートリッジチャンバはテレセントリックな均一の照明と整列する(例えば、チャンバ106、チャンバ壁107を、照明と整列している、照明に平行である、またはそれと同様の向きにする)。
本明細書において記載されるように、カートリッジチャンバ106におけるサンプルの照明は、1つまたは複数の試薬、抗原、またはそれに類するものと相互作用して、蛍光照明(蛍光)を生じさせる。蛍光照明は、図59Aにおいて、サンプルカートリッジ104から延びて光学センサー114に向かう、戻ってくる光学的軌跡で示されている。対物光学系112は、蛍光照明を、2色性ミラー122を介して光学センサー114に向かって透過させる。
一例では、システム100と結び付けられた、例えば、システム筐体102を介して提供されたカートリッジソケットに結びつけられた、サンプルカートリッジ104は、カートリッジ104、付随するカートリッジチャンバ106(例えば、チャンバ壁107もしくはそれに類するもの)、その中のサンプル、またはそこから生じる蛍光を、光学センサー114、対物光学系112、イメージング光学系116、またはこれらに類するものの1つまたは複数と同じ方向にする。例えば、カートリッジ104、カートリッジチャンバ106、またはその中のサンプルの方向は、観察方向にされ、また一例では、カートリッジソケットのソケットプロフィールに相補的なカートリッジプロフィールを有するサンプルカートリッジ104が受けると、サンプルカートリッジおよびそのサンプルは観察方向に向けられる(図56のカートリッジソケット10およびサンプルカートリッジ16と同様)。システム100の、サンプルカートリッジ104および付随するカートリッジチャンバ106と、光学センサー114および付随する光学系との観察方向は、サンプルで生じた蛍光を光学センサー114に向けることを容易にする。一例では、観察方向は、カートリッジチャンバ106および付随するサンプルからの蛍光の、発光フィルター120へのテレセントリックな方向付けを容易にする(例えば、イメージング光学系116と光学センサー114との間に挟まれた発光フィルター120を有する図59Aに示すように)。
一例では、発光フィルター120は、対物光学系112と光学センサー114との間に挟まれている。発光フィルターは、抗原の検出、および必要に応じてサンプル中の抗原の量または濃度の決定のために、蛍光からの入射散乱光をフィルター処理し、蛍光を光学センサー114に優先的に通過させる。図56Aに示すように、発光フィルター120は、必要に応じて、イメージング光学系116と2色性ミラー122との間、またはイメージング光学系116と光学センサー114との間に置かれる。一例では、イメージング光学系116は、蛍光を光学センサー114にテレセントリックに伝搬する。図61における光学的レイアウト300の観察プロフィール304で示されているように、光線クラスタの中心光線は、観察プロフィール304に対して横方向であり(例えば、垂直である、または0度に近い画角を有する)、したがって、光学系116と光学センサー114との間に挟まれている場合、発光フィルター120に対して横方向である。発光フィルター120は、一部の例では、収束する蛍光照明が角度を有するまたはそれと同様であることと比較して、テレセントリックな蛍光を均一にフィルター処理する。例えば、視野(FOV)内の1つまたは複数の位置の発光フィルター120の性能は一貫しており、イメージング光学系116からのテレセントリックな蛍光と同様である。テレセントリックなイメージング光学系116は、発光フィルター120でFOV全体での性能の一貫性(同一性を含む)を増強させ、FOV内の1つまたは複数の位置での不特定の色へのシフト(ブルーシフトなど)を最小にする。逆に、テレセントリックなイメージング光学系116および発光フィルター120は協働して、光学センサー114での観察および分析のための一貫した蛍光出力を提供する。
図59A、59B、および60に示される例示システム100において、テレセントリック性は、0度に近い対物視野角および画像視野角での結像など、光学系の物体側および画像側の両方に提供される(2重テレセントリック)。2重テレセントリックシステムは、サンプルウェル(サンプル、サンプルを含むカートリッジチャンバ106など)間のクロストークと、集光された光が焦点の合ったサンプルウェル画像の境界を越える漏出を最小限に抑える。図61に提供される光学レイアウト300に示されるように、蛍光イメージングシステム100は、照明プロファイル302(物体)および観察プロファイル304(画像)のそれぞれにおいて2重にテレセントリックである。
別の例では、光学センサー114のようなシステム100ディテクターは、比較的高い量子効率(QE)(システム特性の別の例)を含み、低い読み出しノイズおよび暗電流でシグナル収集を最大化し、ノイズを最小化する。しかし、試験されたサンプルの一例では、完全にクエンチされない蛍光からの有意なバックグラウンドフィルターによるノイズが発生する。例えば、主な理論上のノイズ制限は、バックグラウンド蛍光の光子ショットノイズによるものであり、画像露光中の暗電流の読み出しノイズおよびショットノイズよりも優位である可能性がある。例えば、光学センサー114の例(例えば、Thorlabs社のCS165MU1のようなカメラ)では、ピクセルの全ウェル容量(FWC)は約11,000個の光電子(e-)であり、読み取りノイズは4e-二乗平均平方根(rms)未満である。収集されたシグナルの大部分が、完全にクエンチされていない蛍光体からのバックグラウンド光であると仮定すると、ショットノイズは約√11,000、もしくは約100e-≫4e-読み取りノイズであるか、または読み取りノイズよりも大幅に大きくなる。したがって、システム100の少なくとも1つの例において、より低い読み取りノイズおよび暗フィルターは、他の低バックグラウンド蛍光測定よりも低い優先度を有する。場合によっては、読み取りノイズおよび暗フィルターのこの比較的低い優先度は、本明細書で説明される例示的な蛍光イメージングシステム100のような、ポイントオブケア診断での配備に適したより安価なカメラの使用を容易にする。
励起強度は、蛍光イメージングシステム100のシステム特性の別の例である。一例において、シグナル対雑音比(SNR)は、大まかには収集された光子の数の平方根として改善される(シグナルはCEに比例するため、ショットノイズは√CEに比例する)。そのような例では、蛍光体から全ての光子を抽出することが有利な場合があり得る。生化学的蛍光アッセイに使用される典型的な分子(例えば、FITC)の小さい(約1Å2)励起断面積、光退色前の典型的な最大蛍光光子放出(生物学的/生化学的アッセイでの典型的なフルオロフォアについては約105~107放出)、および総アッセイ時間(約30秒の総照明時間、現事例では約30分にわたって広がっている)を考慮して、システム100では比較的高い励起強度が使用される。したがって、より簡単に光退色されるフルオロフォアの使用に対応して、約0.1~10W/mm2程度以下の強度で、サンプル(例えば、アッセイ混合物、コントロール混合物、それらを含むカートリッジチャンバ106など)を照射するのが望ましい。例示システム100において蛍光を誘発するための励起源110は、限定されるものではないが、例えばThorlabsのM470L4高出力LEDに基づくLEDシステムを含む光源であり、約2mW/mm2の強度のためにサンプルにおいて約0.225Wを生成する。
上述のように、励起源110は任意に、照明時空間ノイズが比較的低いLEDシステムである(システム特性の別の例)。別の例では、励起源110はレーザジェネレータを含む。半導体レーザのようなレーザジェネレータは、約1%のレーザ出力ノイズを有する。加えて、半導体レーザ(および特に安価な多重モードのダイレクトダイオードレーザ)では、出力ビームの空間的変動が大きくなる可能性がある(ガスレーザのポインティング不安定性に幾分類似する)。アッセイの2つ(またはそれ以上)のサンプルウェルおよびコントロールウェル(例えば、カートリッジチャンバ106)との間で照度変化の差を引き起こす変動は、アッセイの検出閾値を、照明の不安定性による変化の差よりも十分に大きいシグナルを生成するサンプルに限定する。したがって、安定した照明が望ましく、実施例の蛍光イメージングシステム100では、レーザジェネレータを使用することもできるが、励起源110としてLEDを使用した。一例においては、対応するスクランブル照明を備えたスクランブルレーザジェネレータが機能する。
蛍光イメージングシステム100の例においては、LEDシステムからのより安定した(そしてより安価な)照明のために、シグナル対雑音比(SNR)が、サンプルフルオロフォアからの潜在的な全光子抽出(例えば、レーザを使用する)から任意にトレードオフされた。別の例において、LEDシステムは、光退色効果の低減によりデータ分析がより単純になるという、さらなる潜在的利点を提供する。
図59Aおよび60を再度参照すると、約15μLの容積を有するサンプルチャンバ(例えば、カートリッジチャンバ106)のイメージングは、かなり大きな視野(FOV)および適度な開口数(NA)を含み、隣接するサンプルウェル重なりの画像を伴わない有意な焦点深度を提供する。蛍光イメージングシステム100は、これらの目的を比較的低コスト且つコンパクトな装置で達成する。本蛍光イメージングシステム100は、1対の接眼レンズ(例えば、EdmundOpticsのPN#66-208および66-210)を含み、開口数(NA)0.09、視野(FOV)直径12.0mm、および倍率(M)0.54の、全ての例示システム特性を備えたシステムをもたらす。Thorlabs社CS165MU1カメラのような光学センサー114のセンサーサイズをFOVに一致させるために、0.54の倍率が選択される。蛍光イメージングシステム100では、この「ライトバケツ」用途において(例えば、光学センサー114の)ナイキスト限界以上でサンプリングする必要はない。システム100全体はコンパクトであり、公称トラック長(サンプルからカメラまで、またはサンプルから光学センサー114まで)は約75mmである。
蛍光イメージングシステム100の一例において、クロマティックフィルター120、124および2色性ミラー122などの蛍光フィルターは、ChromaTechnologies社のET470/40x(励起フィルター124として)、T495lpxr(2色性ミラー122として)、およびET535/70m(発光フィルター120として)を含んでいるが、これらに限定されない。この例示システムでは、励起は例えば965mW、470nmLEDシステム(ThorlabsのM470L4など)のような光ジェネレータによって提供され、これは落射照明ケーラージオメトリ(図59A、図60に示すようなもの)において、直径12mmのサンプルFOVの中に約225mWを与える。
システム100の制御、例えばイメージングハードウェアは、MATLAB(登録商標)(2020a)の中に実装され、Thorlabs社のドライバーおよびSDK(ThorCam)を使用して光学センサー114のカメラ取得を制御し、Arduino Bluefruit Featherボードへのシリアル通信を使用して、励起源110を介してLED照明を電子的にトリガーする。任意に、システム100の制御は、コントローラ(例えば、プロセッサ、プログラムされた論理コントローラ、回路、マシン可読媒体、またはシステム100による実装のためのマシン可読媒体のような命令を含むソフトウェアモジュールなど)によって提供され、これらはシステム100のシステム筐体102に関連付けられるか、またはシステム100と遠隔接続される(例えば有線または無線接続によって、例えば図56に示される可動装置14に)。
蛍光イメージングシステム100は、蛍光イメージングシステム100を制御または操作するように構成されたコントローラ(例えば、プロセッサ、プログラムされたロジックコントローラ、マシン可読媒体、ソフトウェアモジュールなど)を任意に含み、例えば、励起照明を制御し、サンプルカートリッジ106のインストール(例えば、取り付けられ、完全に取り付けられ、励起方向および観察方向などに整列された)をチェックし、光学センサー114で検出された蛍光を分析して、抗原などの濃度を特定、定量、または決定する。別の例では、蛍光イメージングシステム100の制御は、プロセッサ、プログラムされたロジックコントローラ、回路、マシン可読媒体、ソフトウェアモジュールのような、オンボードまたはリモートのコントローラ(例えば、無線または有線接続)で行われ、当該コントローラは、励起源110、光学センサー114のようなシステム100の機能部と相互接続される。コントローラは、サンプルで発生して光学センサー114で検出される蛍光のような、サンプルの分析を任意に行って抗原の存在、その量、濃度などの1つまたは複数を決定する。
図60は、例示的な蛍光イメージングシステム100における、コンポーネントの例示的配置を示す。幾つかの例において、当該配置はケーラー落射照明ジオメトリと呼ばれる。この例では、対物光学系112は左レンズ対、例えば焦点距離21mmのエドモンドRKE接眼レンズなような、1つまたは複数のコンポーネントレンズを含む。さらに示すように、結像光学系116(例えば、チューブレンズ、結像レンズなど)は、1つまたは複数のコンポーネントレンズを含む。例えば、図60に示される結像光学系116には、焦点距離12mmのRKE接眼レンズのようなマルチコンポーネントレンズセットが含まれている。例示システム100の光学センサー114は、Thorlabs社のCS165MU1カメラである。クロマテクノロジーズ社(Chroma Technologies)のET535/70m放出フィルターのような放出フィルター120は、光学センサー114の前方に配置される。例えば、放出フィルター120は、結像光学系116と2色性ミラー122の間にある。別の例では、放出フィルター120は、結像光学系116と光学センサー114の間にある(例えば、本明細書で説明するテレセントリックセットアップから利益を得るために)。2色性ミラー122(例えば、図60の対角要素)はフィルターの別の例であり、10.2×19.2mmのクロマテクノロジーズ(Chroma Technologies)社のT495lpxr2色性フィルターを含んでいる。本明細書に記載のコンポーネントは、システム100のコンポーネントの一例である。他の例において、システム100のコンポーネントには、異なる光ジェネレータ100、発光フィルター120、励起フィルター124、ミラーまたはフィルター122、光学センサー114、光学系112、116などが含まれ、これらは、本明細書で議論される1つまたは複数の抗原およびそれらの等価物の存在を評価および検出するように構成される。
図61は、アッセイ混合物およびコントロール混合物を有するサンプルカートリッジ104のようなサンプルと、光学センサー114との間のレイアウトを示す蛍光イメージングシステム100のための例示的光学レイアウト300(例えば、ZEMAXモデリングプログラムで生成される)である。図61に示されるように、光学レイアウト300は、サンプルカートリッジ104に近接する照明プロファイル302と、光学センサー114に近接する観察プロファイル304とを含む。例示レイアウト300においては、(図59Aに示されるように)光学トラックの全長は約75mmである。収集側の開口数(NA)は約0.09、合計倍率は約-0.53である。一例において、システム100は半径2mmの円形であるシステム絞り(中心の瞳孔)を提供する。図61に示されるコンポーネントは、図59Aおよび図60に同様に示されている。光線クラスタおよび各光線クラスタの中心光線でさらに示されるように、図61において、蛍光イメージングシステム100は2重テレセントリックであり、例えば、中心光線は無限遠に延び(集束されない)、それぞれの照明および観察プロファイル302、304に対して横方向であり、約0度の視野角を有するなどである。本明細書で説明するように、テレセントリック性は、カートリッジチャンバ106のようなサンプルの照明、発光フィルター120による蛍光のフィルタリング、および光学センサー114における蛍光シグナルの画像化を向上させる。
図62A、Bは、本明細書に記載の蛍光イメージングシステム100の感度の予測例を示している。外部で検証されたBEI SARS-CoV-2のRNA(BEIリソースリポジトリ)サンプルを使用して感度を評価した。25cp/μLのSARS-CoV-2のRNAを含む(アッセイ混合物用)またはRNAを含まない(コントロール混合物例用)LbuCas13反応を、サンプルカートリッジ104のそれぞれのカートリッジチャンバ106にロードした。カートリッジチャンバ106を、蛍光シグナルについて1時間モニタリングした。
図62A、62Bに示すように、時間に対する蛍光シグナルの勾配は、30分(図62A)または1時間(図62B、勾配が10-3の単位であることに注意)の期間のシグナルに対して線形回帰を実行することにより、95パーセント信頼区間まで計算された。両方の期間について、陽性反応の勾配(図62Aのサンプル1および図62Bの25cp/μL、RNAサンプルあり)は、コントロール(RNPのみ、RNAサンプルなし)の勾配よりも、有意に且つ検出可能に大きかった。したがって図62A、62Bに示すように、25コピー/μLのSARS-CoV-2のRNAを含むか、またはRNAを含まない例示LbuCas13反応を30分または1時間実行し、提示された対応する勾配は、システム100の実現可能性および操作性を示す対応の勾配を示した。25cp/μLの両方の繰り返しの勾配は、対応する時点での対応するリボ核タンパク質のみ(RNP)の勾配よりも有意に高い(分離>不確実性)ことに留意されたい。図62A~62Bに示されるプロットは、蛍光プロファイルの追加の例である。
蛍光イメージングシステム100(または本明細書に記載の10)は、可動装置または付随するコントローラを介して、アッセイ混合物とコントロール混合物の吸光度の差を定量し(例えば、コンパレータを用いて)、それによって蛍光アッセイ混合物から抗原の存在、またはその欠如を検出し、任意には抗原の量または濃度を決定するように構成される。
例えば、コントローラは、1つまたは複数の静的または動的閾値を有するコンパレータを含み、このコンパレータは、アッセイ混合物(および一例では、コントロール混合物)からの蛍光を閾値と比較して分析し、抗原の存在を示す。別の例では、蛍光(例えば、吸光度、減衰、図62A~62Bに示されるものと同様の測定値の勾配、それらの変化率など)は、1つまたは複数の抗原の存在、量または濃度を示すと解釈される。さらに別の例では、比較のための閾値は、アッセイ混合物のように、励起照明を受ける他のカートリッジチャンバ106内のコントロール混合物に基づいており、それらの蛍光は、アッセイ混合物の蛍光と比較するための基本閾値として使用される。例えば、蛍光アッセイ混合物の蛍光(図62A、Bの吸光度および吸光度勾配で示す)は、蛍光コントロール混合物よりも大きく、したがって抗原の存在を示す。別の例では、アッセイ混合物の蛍光は、指定された定数または関数ベースの値により変更されたコントロール混合物の蛍光よりも大きい場合に抗原の存在を示す。別の例において、変化率または勾配としての時間に対するアッセイ混合物のプロットされた蛍光(単独またはコントロール混合物に対して)は、抗原の量または濃度を決定するために解釈される(例えば、ルックアップテーブルまたは数学的関数などとの比較により)。
図11は、本明細書で説明する技術(例えば、方法論)のうちの任意の1つまたは複数を実行できる、マシンの一例700のブロック図を示す。代替の実装では、マシン700はスタンドアロン装置として動作してもよく、または他のマシンに接続(例えば、ネットワーク化)されてもよい。例えば、マシン700は本明細書に記載のコントローラの一例であり、蛍光イメージングシステム10、100などのうちの1つまたは複数と共に使用される。
ネットワーク展開において、マシン700は、サーバークライアントネットワーク環境において、サーバーマシン、クライアントマシン、またはその両方の能力で動作することができる。一例において、マシン700は、ピアツーピア(P2P)(または他の分散型)ネットワーク環境でのピアマシンとして機能できる。マシン700は、通信ネットワークデバイス、クラウドサービス、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレットPC、携帯情報端末(PDA)、携帯電話、スマートフォン、もしくは当該マシンにより実行されるアクションを指定する命令(シーケンシャルまたはその他)を実行できる任意のマシンであるか、またはそれらの一部であり得る。マシン700の幾つかのコンポーネント(例えば、処理回路702)は、可動装置1100(図11)からの要素を含み得る。
幾つかの態様において、機械700は、本明細書で論じた方法の一部を実施するように構成することができる。さらに、単一のマシンのみが示されているが、「マシン」の用語は、クラウドコンピューティング、サービスとしてのソフトウェア(SaaS)、その他のコンピュータークラスター構成のような、本明細書で述べる方法論のいずれか1つまたは複数を実行するための命令セット(または複数のセット)を、個別にまたは共同で実行するマシンの任意の集合を含むと解釈されるべきものである。
本明細書で説明する例は、ロジックまたは多数のコンポーネント、モジュール、または機構を含み得るか、またはそれらの上で動作し得る。モジュールは、特定の操作を実行できる有体物(ハードウェアなど)であり、特定の方法で構成または配置できる。一例において、回路は、モジュールとして指定された方法で(例えば、内部的に、または他の回路などの外部エンティティに対して)配置され得る。一例において、1つまたは複数のコンピュータシステム(例えば、スタンドアロン、クライアントまたはサーバコンピュータシステム)の全体または一部、または1つもしくは複数のハードウェアプロセッサは、指定された操作を実行するために動作するモジュールとしてのファームウェアまたはソフトウェア(例えば、命令、アプリケーション部分、またはアプリケーション)によって構成できる。一例において、当該ソフトウェアは機械可読媒体に常駐することができる。一例において、当該ソフトウェアは、モジュールの基礎となるハードウェアにより実行されたときに、指定された操作をハードウェアに実行させる。
したがって、「モジュール」または「エンジン」の用語は、指定された方法で動作するか、またはここに記載する動作の一部または全てを実行するように物理的に構築され、特別に構成され(例えば、配線された)、または一時的に(例えば、短時間だけ)構成された(例えば、プログラムされた)有体物を包含するものと理解される。モジュールが一時的に構成されている例を考えると、各モジュールは、任意の時点でインスタンス化される必要はない。例えば、モジュールがソフトウェアを使用して構成された汎用ハードウェアプロセッサを含む場合、この汎用ハードウェアプロセッサは、異なる時点でそれぞれの異なるモジュールとして構成され得る。したがって、ソフトウェアは、例えばある時点ではモジュールを構成し、別の時点では別のモジュールを構成するように、ハードウェアプロセッサを構成することができる。モジュールまたはエンジンは、その動作を実行するように構成された処理回路を使用して実装することができる。
マシン(例えば、コンピュータシステム)700は、ハードウェア処理回路702(例えば、中央処理装置(CPU)、グラフィック処理装置(GPU)、ハードウェアプロセッサコア、またはそれらの任意の組み合わせ)、メインメモリ704およびスタティックメモリ706を含み、それらの一部または全部は互いにインターリンク(例えば、バス)708を介して通信することができる。回路はさらに、共鳴周波数測定値を取得するために、ドップラーレーザ干渉計装置または上記の他の装置を含むことができる。
マシン700は、ディスプレイユニット710、英数字入力デバイス712(例えば、キーボード)、およびユーザインターフェイス(UI)ナビゲーションデバイス714(例えば、マウス)をさらに含むことができる。一例において、ディスプレイユニット710、入力デバイス712、およびUIナビゲーションデバイス714は、タッチスクリーンディスプレイであってよい。ディスプレイユニット710は、図1~11に関して上述したように、アッセイの結果を示すように構成することができる。表示ユニット710は、光、警告記号などを含む視覚的インジケータを使用して、感染が検出されたかどうかを示すことができる。表示ユニット710は、発光ダイオード(LED)のようなインジケータ回路を備えることができる。マシン700は、記憶装置(例えばドライブユニット)716、シグナル発生装置718(例えばスピーカ)、ネットワークインターフェイス装置720、および全地球測位システム(GPS)センサー、コンパス、加速度計、または本明細書で前述した別のセンサー(例えば、診断センサーおよびデバイス)のような1つまたは複数のセンサー721をさらに含むことができる。GPSは、SARS-CoV-2ウイルス感染が検出された場合などに、生物監視を支援するために使用できる。マシン700は、1つまたは複数の周辺機器(プリンタ、カードリーダー等)と通信し、またはこれを制御するために、シリアル(例えば、ユニバーサルシリアルバス(USB))、パラレル、または他の有線または無線(例えば、赤外線(IR)、近距離無線通信(NFC)等)接続のような、出力コントローラ728を含むことができる。
記憶装置716は機械可読媒体722を含むことができ、そこには本明細書に記載の技術または機能のいずれか1つまたは複数を具現化または利用するデータ構造または命令724(例えば、ソフトウェア)の1つまたは複数のセットが記憶される。例えば、この機能には感染、特にCOVID-19感染が存在するかどうかを評価し、クラウドやエッジコンピューティング装置のような別の場所に結果を送る(例えば送信など)機能を含めることができる。命令724はまた、マシン700によるその実行中に、メインメモリ704内、スタティックメモリ706内、またはハードウェア処理回路702内に、完全にまたは少なくとも部分的に常駐することができる。一例では、ハードウェア処理回路702、メインメモリ704、スタティックメモリ706、または記憶装置716の1つまたは任意の組み合わせは、機械可読媒体を構成することができる。
機械可読媒体722は単一の媒体として示されているが、「機械可読媒体」の用語は、1つまたは複数の命令724を格納するように構成された単一の媒体または複数の媒体(例えば、集中型または分散型データベース、および/または付随するキャッシュおよびサーバ)を含むことができる。
「機械可読媒体」の用語は、マシン700による実行のために命令を格納、符号化、または運ぶことができ、本開示の技法のうちの任意の1つまたは複数をマシン700に実行させ、またはそのような命令によって使用される、または関連するデータ構造を格納、エンコード、または運ぶことができる任意の媒体を含み得る。非限定的な機械可読媒体の例には、ソリッドステートメモリ、ならびに光学および磁気媒体が含まれ得る。機械可読媒体の特定の例には、半導体メモリデバイス(例えば、電気的にプログラム可能な読み取り専用メモリ(EPROM)、電気的に消去可能でプログラム可能な読み取り専用メモリ(EEPROM))およびフラッシュメモリデバイスなどの不揮発性メモリ、内蔵ハードディスクやリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ソリッドステートドライブ(SSD)、CD-ROMおよびDVD-ROMディスクが含まれ得る。幾つかの例において、機械可読媒体は非一時的なコンピュータ可読媒体を含み得る。幾つかの例において、機械可読媒体は、一時的な伝播シグナルではない機械可読媒体を含み得る。
命令724はさらに、ネットワークインターフェイスデバイス720を介して伝送媒体を使用することにより、通信ネットワーク726上で送信または受信されてもよい。マシン700は、多数の転送プロトコル(例えば、フレームリレー、インターネットプロトコル(IP)、伝送制御プロトコル(TCP)、ユーザデータグラムプロトコル(UDP)、ハイパーテキスト転送プロトコル(HTTP)等)のうちの任意の一つを利用する、一つまたは複数の他のマシンを用いて通信してもよい。例示的な通信ネットワークには、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、パケットデータネットワーク(例えば、インターネット)、携帯電話ネットワーク(例えば、セルラーネットワーク)、基本電話サービス(POTS)ネットワーク、無線データネットワーク(例えば、Wi-Fi[登録商標]として知られる米国電気電子技術者協会(IEEE)802.11規格ファミリー、WiMax[登録商標]として知られるIEEE802.16規格ファミリー、IEEE802.15.4規格ファミリー、ロングタームエボリューション(LTE)規格群、ユニバーサルモバイル遠隔通信システム(UMTS)規格群、ピアツーピア(P2P)ネットワーク等)が含まれる。一例では、ネットワークインターフェイスデバイス720は、通信ネットワーク726に接続するために、1つまたは複数の物理ジャック(例えば、イーサネット(登録商標)、同軸、または電話ジャック)または1つまたは複数のアンテナを含むことができる。一例において、ネットワークインターフェイスデバイス720は、無線通信用の複数のアンテナを含む。
上記の詳細な説明には、当該詳細な説明の一部を形成する添付の図面への参照を含まれる。当該図面は、本開示を実施できる特定の実装を、限定ではなく例示として示している。これらの実装は、本明細書では「実施例」とも呼ばれる。そのような例は、図示または説明したものに加えて、要素を含むことができる。しかし、本発明者らは、図示または説明された要素のみが提供される実施例も想定している。さらに、本発明者らは、特定の実施例(またはその1つまたは複数の実装)に関して、または本明細書に示し、または説明した他の実施例(またはその1つまたは複数の実装)に関して、図示または説明した要素(またはその1つまたは複数の実装)の任意の組み合わせまたは順列を使用する実施例も想定している。
本文書で参照される全ての刊行物、特許、および特許文書は、参照により個別に組み込まれたかのように、その全体が参照により本明細書に援用される。本文書と参照により組み込まれた文書との間で使用法が矛盾する場合、組み込まれた参照における使用法は、この文書の使用法を補足するものと見なされるべきものである。和解できない不一致については、この文書での使用法が優先される。
本文書において、用語「a」、「an」、「the」、および「said」は、特許文書では一般的であるように、「少なくとも1つ」または「1つまたは複数」の他の例または使用法とは無関係に、本開示の実施の要素を導入するときに、1つもしくは複数またはより多くの要素を含めるために使用される。この文書において、「または」の用語は、「AまたはB」が「AであるがBではない」、「BであるがAではない」、および「AおよびB」を含むように、特に明記しない限りは非排他的な「または」を意味するために使用される。
添付の特許請求の範囲において、「含む」および「ここで」の用語は、それぞれ「具備する」および「ここにおいて」の用語に対する平易な英語の等価物として使用される。また、以下の特許請求の範囲において、「具備する」、「含む」、および「有する」との用語は、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味するように、制限のないものであることが意図されているので、特許請求の範囲においてそのような用語(例えば、具備する、含む、有する)の後のものは、依然としてその請求項の範囲内にあると見なされる。さらに、以下の特許請求の範囲において、用語「第1」、「第2」、および「第3」などは、単にラベルとして使用されるもので、それらの対象に数値要件を課すことを意図していない。
本開示の実装は、コンピュータ実行可能な命令で実装され得る。コンピュータ実行可能な命令(例えば、ソフトウェアコード)は、1つまたは複数のコンピュータ実行可能なコンポーネントまたはモジュールに編成され得る。本開示の態様は、そのようなコンポーネントまたはモジュールの任意の数および編成で実装され得る。例えば、本開示の実装は、特定のコンピュータ実行可能な命令、または図に示され且つ本明細書で説明される特定のコンポーネントまたはモジュールに限定されない。本開示の他の実装は、本明細書で図示および説明したものよりも多いかまたは少ない機能をもった、異なるコンピュータ実行可能な命令またはコンポーネントを含み得る。
本明細書に記載の方法の例(例えば、動作および機能)は、少なくとも部分的に、マシンまたはコンピュータで実施することができる(例えば、ソフトウェアコードまたは命令として実施される)。幾つかの例は、上記の例で説明した方法を実行するように電子デバイスを構成するために、動作可能な命令でエンコードされたコンピュータ可読媒体または機械可読媒体を含むことができる。そのような方法の実装には、マイクロコード、アセンブリ言語コード、高水準言語コードなど(例えば「ソースコード」)のような、ソフトウェアコードを含めることができる。そのようなソフトウェアコードは、様々な方法を実行するためのコンピュータ可読命令(例えば、「オブジェクト」または「実行可能コード」)を含むことができる。ソフトウェアコードは、コンピュータプログラム製品の複数の部分を形成することができる。本明細書で説明される実装のソフトウェア実装は、コードまたは命令が格納された製品を介して、または通信インターフェイスを介して(例えば、無線で、インターネットを介して、衛星通信を介して等)、データを送信するように通信インターフェイスを動作させる方法を介して提供され得る。
さらに、ソフトウェアコードは、実行中またはそれ以外の時に、1つまたは複数の揮発性または不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体に確実に格納することができる。これらのコンピュータ可読記憶媒体は、マシン(例えば、計算装置、電子システムなど)によりアクセス可能な形式で情報を記憶する任意の機構を含むことができ、これはフロッピーディスク、ハードディスク、リムーバブル磁気ディスク、任意の形式の磁気ディスク記憶媒体、CD-ROM、光磁気ディスク、リムーバブル光ディスク(例えばコンパクトディスクおよびデジタルビデオディスク)、フラッシュメモリデバイス、磁気カセット、メモリカードもしくはスティック(セキュアデジタルカードなど)、RAM(CMOS・RAMなど)、記録可能/記録不可能な媒体(読み取り専用メモリ(ROM)など)、EPROMS、EEPROM、または電子命令を格納するのに適した任意のタイプのメディアのようなものであるが、それらに限定されない。そのようなコンピュータ可読記憶媒体はコンピュータシステムバスに結合され、プロセッサおよびOISの他の部分によってアクセス可能である。
本開示は様々な形態で具現化することができるが、幾つかの実施形態についての以下の説明は、本開示が本発明の例示と見なされるべきであり、示された特定の実施形態に本発明を限定することを意図しないとの理解に基づいて行われる。見出しは、便宜上のみで提供されており、決して本発明を限定するものと解釈されるべきではない。任意の見出しの下に示された実施形態は、任意の他の見出しの下に示された実施形態と組み合わせることができる。
範囲を含む全ての数値指定、例えば、pH、温度、時間、濃度、および分子量などは、適切な場合には、0.1または1.0の増分で、例えば(+)または(-)に変化する近似値である。常に明確に述べられている訳ではないが、全ての数値指定の前に、「約」の用語が付けられることは理解されるべきである。また、常に明確に述べられているわけではないが、本明細書に記載の試薬は単なる例示であり、幾つかの場合には同等物が当該技術分野で入手可能であることも理解されるべきである。
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される単数形(冠詞「a」、「an」、および「the」)は、文脈が明確に指示しない限り、複数の指示対象を含むことに留意しなければならない。したがって、例えば「細胞」への言及は複数の細胞を含むものである。
「約」の用語は、例えば、温度、時間、量、濃度、および範囲を含むその他の数値指定の前に使用される場合、(+)または(-)20%、10%、5%、または1%で変化し得る近似を示す。
また、本明細書で使用する場合、「および/または」は、1つまたは複数の関連する列挙された項目の任意および全ての可能な組み合わせ、ならびに選択的に解釈される場合の組み合わせの欠如(「または」)を意味し、包含するものである。
所与の疾患または障害に関して「処置」または「処置すること」の用語には、疾患もしくは障害を阻害すること、例えば、疾患または障害の発症を阻止すること、疾患または障害を緩和すること、例えば、疾患または障害の退行を引き起こすこと、或いは、疾患または障害によって引き起こされる、または結果として生じる状態を緩和すること、例えば、疾患または障害の症状を緩和、予防、または処置することが含まれるが、これらに限定されない。所与の疾患または障害に関する「予防」の用語は、何も生じていないときに疾患発症の開始を予防すること、疾患または疾患の素因となる可能性があるが、まだ疾患または障害を有すると診断されていない対象に疾患または障害が発症するのを予防すること、および/または既に障害または疾患が存在する場合には、さらなる疾患/障害の発症またはさらなる疾患/障害の進行を予防することを意味する。
以下の実施例は、本発明の開発において使用される材料および実験の幾つかを記載するものである。ここに含まれる付録Aは、追加情報を提供し得るものである。
実施例
実施例1:SARS-CoV-2転写産物のCas13a検出
CRISPR・RNAガイド(crRNA)が、SARS-CoV-2について設計および検証された。SARS-CoV-2ゲノムに対応する20ntスペーサを使用して、15個のcrRNAが最初に設計された。その後、追加のcrRNAが設計され、crRNAの数は26になった。各crRNAには細菌配列に由来するcrRNAステムが含まれ、スペーサ配列はSARS-CoV-2ゲノム(逆補体)に由来する。crRNA配列については、表1(以下に再掲)を参照されたい。
実施例
実施例1:SARS-CoV-2転写産物のCas13a検出
CRISPR・RNAガイド(crRNA)が、SARS-CoV-2について設計および検証された。SARS-CoV-2ゲノムに対応する20ntスペーサを使用して、15個のcrRNAが最初に設計された。その後、追加のcrRNAが設計され、crRNAの数は26になった。各crRNAには細菌配列に由来するcrRNAステムが含まれ、スペーサ配列はSARS-CoV-2ゲノム(逆補体)に由来する。crRNA配列については、表1(以下に再掲)を参照されたい。
複数のSARS-CoV-2のRNAを用いてcrRNAを試験した。最初に、crRNAは、精製されたレプトトリキア・バカリス(Leptotrichia buccalis(Lbu))のCas13a(East-Seletsky et al.,2016)およびRNAレポータクエンチ蛍光を用いた直接検出アッセイで評価された。
簡単に言えば、配列番号2または4の配列を有するcrRNAをTE緩衝液、pH8で28μMに希釈し、Cas13aタンパク質と組み合わせてリボ核タンパク質(RNP)複合体を形成した。次いで、Cas13aタンパク質-crRNA複合体混合物を室温で15分間インキュベートした。7×106または7×107のSARS-CoV-2ssRNA標的を含む試験サンプルを、DEPC水で100μMに調製し、5×バッファー、DEPC水と混合した。凍結乾燥したRNaseAlert(サーモフィッシャーサイエンティフィック社(ThermoFisher Scientific))にDEPC水を加えて再懸濁した。次に、SARS-CoV-2ssRNAサンプルをRNaseAlertおよびリボ核タンパク質(RNP)複合体と混合した。Cas13aタンパク質を含まないコントロールも作製した。RNA切断産物の形成は、蛍光光度計でモニタリングした。図1~3を参照されたい。
図4A~4Bは、検出された蛍光レベルが、異なる反応混合物中のSARS-CoV-2のRNAの量と直接相関することを示している。
実施例2:SARS-CoV-2転写産物のCas13a検出の検証
この実施例は、検出方法およびcrRNAガイドRNAがヒト細胞RNAと交差反応せず、SARS-CoV-2を特異的に検出できることを示している。
実施例2:SARS-CoV-2転写産物のCas13a検出の検証
この実施例は、検出方法およびcrRNAガイドRNAがヒト細胞RNAと交差反応せず、SARS-CoV-2を特異的に検出できることを示している。
Cas13a:crRNA複合体およびRNaseAlert検出試薬を実施例1に記載のように調製し、7×105コピーのSARS-CoV-2のRNAまたはヒト肺上皮細胞(A549細胞株)由来のRNAと混合した。
図5に示すように、本明細書に記載の方法は、7×106コピー未満のSARS-CoV-2のRNA(すなわち、7×105以下のコピー数のSARS-CoV-2のRNA)を検出することができる。さらに、図5は、SARS-CoV-2アッセイが、A548ヒト肺上皮細胞株由来の上皮ヒト細胞RNAと交差反応しないことを示している。
図6Aは、複数のcrRNAの使用によって、SARS-CoV-2アッセイの感度を改善できることを示している。図示のように、約7×105コピーのSARS-CoV-2は容易に検出できるが、7×102コピーのSARS-CoV-2も検出可能である。
例えば、Cas13タンパク質は、配列番号36~48のいずれかの配列を有することができる。
Leptotrichia buccalisのCas13aエンドヌクレアーゼの一例は、以下の配列(配列番号38;NCBI受託番号WP_015770004.1)を有することができる。
Leptotrichia buccalisのCas13aエンドヌクレアーゼの一例は、以下の配列(配列番号38;NCBI受託番号WP_015770004.1)を有することができる。
例えば、Leptotrichia seeligeriのCas13aエンドヌクレアーゼは、以下の配列(配列番号39;NCBI受託番号WP_012985477.1)を有することができる。
例えば、Paludibacter propionicigenesのCas13aエンドヌクレアーゼは、以下の配列(配列番号48;NCBI受託番号WP_013443710.1)を有することができる。
例えば、Lachnospiraceae bacteriumのCas13aエンドヌクレアーゼは、以下の配列(配列番号40;NCBI受託番号WP_022785443.1)を有することができる。
例えば、Leptotrichia shahiiのCas13aエンドヌクレアーゼは、以下の配列(配列番号41;NCBI受託番号BBM39911.1)を有することができる。
Cas13aのインビボ活性を高めるために、レプトトリキア・バッカリス(Lbu)Cas13aのランダム突然変異誘発ライブラリーを作製し、このライブラリーを大腸菌における翻訳抑制についてスクリーニングした。抑制を増大することができる上位のバリアントには、3元複合体形成時に大きなコンフォメーション変化を受ける領域に局在する一連の突然変異が含まれていた。単一点突然変異の分析により、E436K(例えば、配列番号43)が同定され、これはLbuCas13aの非活性化因子依存性のHEPN活性化を劇的に低下させ、その結果、感度をバックグラウンドよりも約10~100倍増加させる(図6B~6D)。E436K突然変異を有する改変レプトトリキア・バッカリスCas13aエンドヌクレアーゼは、以下の配列(配列番号43)を有する。
E436残基は、ヘリックスのヒンジ領域に局在し、触媒残基と水素結合してバイナリコンフォメーションを形成し、それらを不活性状態にロックする可能性がある。E436K突然変異は、活性化因子の非存在下でヘリックスの動きを制限し、バックグラウンドシグナルを低下させると考えられている。これにより、バックグラウンドよりも低い濃度の活性化因子の検出が可能になる。
他の改変Casタンパク質は、本明細書に記載の方法で生成および評価することができる。例えば、精製されたタンパク質は、レポータRNAを使用して、SARS-CoV-2特異的crRNAによるトランスssRNA切断率について最初にアッセイされる。このようなレポータRNAは、フルオロフォアクエンチャー標識ssRNAであることができる。レポータRNAの切断は、複雑な活性化のアウトリードとして、またSARS-CoV-2のRNAの存在の代用として機能する。特に、トランス切断が飽和に達する速度は、Cas13ホモログ間で大きく異なる。トランスレートが低すぎると、特にラベルのないヒトRNAが過剰に存在する状況では、蛍光アウトリードが検出できなくなる。この文脈でトランス切断の速度を体系的に研究するために、Cas13:crRNAリボ核タンパク質(RNP)複合体と結合した合成ssRNA活性化因子を含む事前に組み立てられた3元複合体の能力を、tRNAまたは精製されたヒト非標的化RNAの量の増加の有無にかかわらず、フルオロフォアクエンチャー標識RNaseAlert基質のトランス分解を観察することによって試験する。時間の経過とともにトランス切断の速度がどのように飽和に達するかをモニタリングして、最速の速度で理想的な同族体を特定する。このアッセイで試験される変数には、最適化された速度を達成するための、Cas13:crRNA RNPの濃度およびレポータRNAの濃度が含まれる。
次に、競合RNAの文脈における活性化SARS-CoV-2ssRNAのシス切断に対するホモログの感度を分析する。分離されたばかりのアクチベータRNAの文脈において、これらのホモログに対しては幅広い感度(~107倍)が存在するが、シス切断率に対する追加の非標的化RNAの影響は不明である。バックグラウンドRNAは、特に高濃度においては、SARS-CoV-2のRNAへのアクセスを阻害し、Cas13:crRNA複合体の活性化および下流のトランス切断を排除する。バックグラウンドRNAがcis切断に及ぼす影響を試験するには、ハイスループットスクリーンを使用する。Cas13ホモログについて、相補的蛍光ssRNAアクチベータの希釈液を、tRNAまたは精製ヒトmRNAの量を漸増する状態および漸増しない状態で体系的に添加し、レポータのcis切断率を経時的に分析する。得られた各時間経過により、定義された競合RNAバックグラウンドの文脈で計算されるべき相補的標的感度の見かけの速度が可能になる。
ホモログの特異性はまた、関連のRNA配列がCas13:crRNA複合体を異常または非特異的に活性化できないことを確かめるために、バックグラウンド競合RNAとの関連でも試験される。
異なるCas13ホモログは、crRNA-標的二本鎖における異なる数のミスマッチを許容する。例えば、レプトトリキア・シャヒイ(Leptotrichia shahii)由来のCas13a(LshCas13a)は、crRNA標的2重鎖の単一ミスマッチではなく、2重ミスマッチに敏感である。さらに、スペーサ配列内でのこれらのミスマッチの位置が重要である。例えば、LshCas13aは、crRNA標的2重鎖の中央または「シード領域」における2重ミスマッチには敏感であるが、5’または3’末端においては敏感ではない。最近になって、LbuCas13aには、LshCas13aの観察結果およびLbuCas13aの構造とよく相関するミスマッチ感受性シード領域が存在すること、また活性化因子RNA結合を、高等真核生物および原核生物ヌクレオチド結合(HEPN)ヌクレアーゼへと活性化のために効果的に伝達するミスマッチ感受性スイッチ領域を有することが見いだされた。本発明者らは、LbuCas13aの包括的なミスマッチ感受性プロファイルを作成した。
データは、ホモログのミスマッチ感受性プロファイルが非常に多様であることを示唆している。これを全てのホモログにわたって包括的に試験するために、各ホモログは、既知の相補的SARS-CoV-2由来の標的配列に対するミスマッチの体系的バリエーションを有するcrRNAで試験される。ここでは、スペーサの中心位置(6~16位)が注目されるであろう。crRNAのこの領域での2重、3重、および4重の連続および非連続ミスマッチは、塩基をそれぞれの相補的塩基に突然変異させることによって生成される(例えば、AからU)。50ヌクレオチドの相補的標的RNAもまた、ミスマッチのないcrRNA配列に基づいて合成される。ハイスループットスクリーニングが使用され、スクリーニング混合物は蛍光モニタリングされて、ミスマッチに対する許容度を決定されるであろう。相補的な標的RNAのみを使用して各ホモログの許容レベルが決定されたら、tRNAまたはヒト細胞RNAの希釈液の存在下でアッセイを繰り返して、他のRNA配列による複合体の非特異的活性化を試験する。SARS-CoV-2のRNA配列の配列バリエーションを許容するために、標的RNAに対する塩基対の少数のミスマッチに対してある程度の柔軟性を持ったホモログが許容されるが、我々は、一緒になって競合RNAによる最も低い異常活性を示すcrRNA配列およびCas13ホモログを特定することを目指している。
実施例3:ポイントオブケア試験用に最適化されたCas13aまたはCas13bアッセイ
現在、SARS-CoV-2の検査には幾つかの制限がある。1)結果を得るのに長時間を要する。2)RNA増幅の使用、これにより検査が複雑になり、結果を得るのに時間がかかる。3)複雑な実験装置を要する。残りの懸念は、体液に存在するRNaseが読み取り技術を非特異的に活性化することである。
現在、SARS-CoV-2の検査には幾つかの制限がある。1)結果を得るのに長時間を要する。2)RNA増幅の使用、これにより検査が複雑になり、結果を得るのに時間がかかる。3)複雑な実験装置を要する。残りの懸念は、体液に存在するRNaseが読み取り技術を非特異的に活性化することである。
ここでは、病院、検査室、および診療所から離れた遠隔地での使用に適合できる、SARS-CoV-2のRNA検出方法のための高感度の1段階試験が記載される。
Cas13およびcrRNAサンプルは、アッセイの電気非依存性を可能にするために凍結乾燥することができる。
Cas13およびcrRNAサンプルは、アッセイの電気非依存性を可能にするために凍結乾燥することができる。
簡単に言えば、蛍光色素を含む1つまたは複数のRNaseレポータオリゴヌクレオチドを、SARS-CoV-2特異的Cas13:crRNA RNPの希釈物を含むサンプルおよび含まないサンプルに直接添加する。幾つかの場合には、サンプル中のSARS-CoV-2の定量を容易にするために、既知の濃度の精製SARS-CoV-2の希釈物をコントロールと同じアッセイ方法で試験することができる。追加のコントロールは、感染していないサンプル(感染していない唾液、喀痰、粘液、または鼻咽頭サンプルなど)を含めることができる。
一部のRNaseA阻害剤はRNaseAを阻害するが、Cas13aまたはCas13bは阻害しないと考えられる。RNaseAはHEPNヌクレアーゼではないため、その特異的阻害剤が、Cas13aまたはCas13bのHEPNヌクレアーゼを阻害する可能性は低い。あるいは、サンプルを加熱してRNAse活性を除去する。
以前の研究では、他のRNAウイルス(ジカ熱およびデング熱)由来のビリオンをヒト血清にスパイクし、95℃で1~2分間加熱して、検出のためのウイルスRNAの放出を増加させ得ることが示された。加熱ステップがSARS-CoV-2のRNAの検出を容易にするかどうか、およびバックグラウンドRNaseを減少させるかどうかは決定できるが、特定のCas13aまたはCas13b活性を減少させるかどいうかは決定できない。他の方法(例えば、機械的または化学的溶解)の追加の試験も実行できる。読み出し蛍光は、CellScope(米国特許第10,578,852号および同第10,542,885号を参照のこと。これらは、その全体が本明細書に具体的に組み込まれる)、プレートリーダー、サンプルチャンバリーダー、またはチップリーダー、またはそれらの組み合わせを使用してモニタリングできる。
図12は、鼻咽頭スワブ(RNase阻害剤を含む)を加熱して内因性RNaseを有意に減少させた後の、アッセイからのシグナルを描いたグラフを提供する。図12のグラフの頂部のプロットは、RNase(例えば、RNaseA)が存在する場合に観察されるシグナルを示す。しかし、RNase活性が阻害されると(例えば、79℃または84℃の熱によって)、サンプル中のRNaseに起因したアッセイ混合物中のバックグラウンドシグナルは大幅に減少または排除される。
図13は、Tween20の添加が検出を改善し、バックグラウンド蛍光を増加させることなく、Cas13aアッセイと適合することをグラフで示している。図13の頂部のプロットは、標的6RNA、crRNA-Cas13aRNP、および1%Tween20を含むアッセイ混合物からのシグナルを示す。図13の頂部のプロットの直ぐ下のプロットは、標的6RNAおよびcrRNA-Cas13aRNPを含み、Tween-20を含まないアッセイ混合物からのシグナルを示す。2つのプロットが図13の底部に示されており、これらはTween20を含む場合および含まない場合の、RNP単独(標的RNAなし)からのシグナルを示す。
図14は、熱(85℃、5分)および1%Tween20の添加が、RNase汚染を最小化することをグラフで示す。図17は、1%Tween20および溶解のための熱のみを使用して、Cas13aがNPスワブのバックグラウンドと共にNL63ウイルスRNAを検出できることをグラフで示す。
実施例4:読み出しクエンチ型蛍光RNAマーカー/レポータ
蛍光検出を最適化するために、蛍光体とクエンチャーの両方を備えたリボオリゴヌクレオチドを含む新しいレポータRNAを使用できる。レポータRNAの配列は、Cas13切断用に最適化される。Cas13は、Cas13aまたはCas13bホモログに応じて、露出したウリジンまたはアデノシン部位で、RNase切断活性を優先的に発揮する。活性の高いホモログに対する2次的な優先性も存在する。本発明者らは、全てのリボヌクレオチドについて5量体ホモポリマーを試験した。これらの優先性に基づき、10の候補RNAオリゴヌクレオチドを、アイオワブラッククエンチャー(IDT)およびFAMフルオロフォアを使用して、当該オリゴヌクレオチドの5’および3’末端で標識し、図4~6に示すように、ssRNA切断アッセイで体系的に試験する。
蛍光検出を最適化するために、蛍光体とクエンチャーの両方を備えたリボオリゴヌクレオチドを含む新しいレポータRNAを使用できる。レポータRNAの配列は、Cas13切断用に最適化される。Cas13は、Cas13aまたはCas13bホモログに応じて、露出したウリジンまたはアデノシン部位で、RNase切断活性を優先的に発揮する。活性の高いホモログに対する2次的な優先性も存在する。本発明者らは、全てのリボヌクレオチドについて5量体ホモポリマーを試験した。これらの優先性に基づき、10の候補RNAオリゴヌクレオチドを、アイオワブラッククエンチャー(IDT)およびFAMフルオロフォアを使用して、当該オリゴヌクレオチドの5’および3’末端で標識し、図4~6に示すように、ssRNA切断アッセイで体系的に試験する。
付随するフルオロフォアおよびクエンチャーを有する最良のRNAオリゴヌクレオチドは、SARS-CoV-2のRNA検出のための可動装置で使用することができる。
一般に、電話機の赤-緑-青(RGB)スペクトル窓で発光する任意のフルオロフォアを検出することができ、これには殆どのフルオロフォアが含まれる(遠赤色で発光するものを除く)。CellScopeデバイスで使用される逆レンズモジュールの非テレセントリック性および高開口数により、蛍光収集に使用される干渉フィルターの高角度でのバンドパスシフトを考慮して、長いストークスシフトを備えた蛍光体が好ましい。
一般に、電話機の赤-緑-青(RGB)スペクトル窓で発光する任意のフルオロフォアを検出することができ、これには殆どのフルオロフォアが含まれる(遠赤色で発光するものを除く)。CellScopeデバイスで使用される逆レンズモジュールの非テレセントリック性および高開口数により、蛍光収集に使用される干渉フィルターの高角度でのバンドパスシフトを考慮して、長いストークスシフトを備えた蛍光体が好ましい。
市販のクエンチャーと組み合わせることができる長いストークスシフトを有する幾つかのフルオロフォアが同定された。異なる濃度のAlexa430(Thermofisher)およびSTAR520(Abberior)を、CellScopeを使用してキャピラリーにロードされた20μLのサンプル容量で試験した。予備的な検出下限は、Alexa430では約2.5nM、STAR520では約1nMあると決定された(図7)。長いストークスシフトを有する他の潜在的なフルオロフォアは、ブリリアントバイオレット(Brilliant Violet)ファミリーシリーズ(BioLegend)である。
幾つかの場合には、ブリリアントバイオレット510、ブリリアントバイオレット605、および/またはブリリアントバイオレット610を使用することができる。それらの量子収率は当該シリーズの他のものよりも高かった。全体として、RNAオリゴヌクレオチドベースのレポータで使用できる5つの可能な蛍光体と、2つの可能なクエンチャーが同定された。
図19は、FAMフルオロフォアのpH選好性に向けてpHを調節すると、検出が改善されることを示している。
実施例5:試験前のRNAの増幅
この実施例では、例えば、バクテリオファージ由来のRNA依存性RNAポリメラーゼであるQβレプリカーゼ(例えば、シャーら(Shah et.al)(1994)J Clin Microbiol 32(11):2718を参照のこと)またはSARS-CoV-2のRNA依存RNAポリメラーゼを用いた、試験前のSARS-CoV-2のRNAの増幅を記載する。
実施例5:試験前のRNAの増幅
この実施例では、例えば、バクテリオファージ由来のRNA依存性RNAポリメラーゼであるQβレプリカーゼ(例えば、シャーら(Shah et.al)(1994)J Clin Microbiol 32(11):2718を参照のこと)またはSARS-CoV-2のRNA依存RNAポリメラーゼを用いた、試験前のSARS-CoV-2のRNAの増幅を記載する。
本発明者らは、原核細胞および真核細胞から最小SARS-CoV-2のRNAポリメラーゼ複合体(Nsp12、Nsp7およびNsp8)を単離している。この最小SARS-CoV-2のRNAポリメラーゼ複合体は、ウイルスRNAを増幅し、超高感度Cas13aアッセイの感度を高めることができる。したがって、そのような最小SARS-CoV-2のRNAポリメラーゼ複合体は、本明細書に記載の方法、組成物、および装置に含めることができる。
SARS-CoV-2のRNAは、ヌクレオチド(NTP)と共に、QβレプリカーゼまたはSARS-CoV2ポリメラーゼを含むかまたは含まずに、反応緩衝液(100mMのHEPES-NaOH、pH7.5、10mMのMgCl2、および1mMのEDTA)中でのインキュベーションによりサンプル中で増幅することができる。増幅されたRNAはフェノールを使用して精製し、SARS-CoV-Cas13アッセイに加えることができる。幾つかの例では、「クリーンアップなし」と指定されており、増幅された混合物をSARS-CoV-Cas13アッセイに直接加えることができる。SARS-CoV-2-Cas13アッセイでは、SARS-CoV-RNAの濃度を測定する前に、増幅産物のクリーンアップが必要ない場合がある。
幾つかの場合に、増幅されたSARS-CoV-2のRNAは、SARS-CoV-Cas13アッセイにおいて改善された感度を提供することができる。
実施例6:サンプルRNA抽出
アッセイの使用を容易にするために、スワブ採取とスワブ材料への侵入との間の最小工程を採用することができる。2室システムのうち1室にスワブを直接挿入するシステムを使用することができる。
実施例6:サンプルRNA抽出
アッセイの使用を容易にするために、スワブ採取とスワブ材料への侵入との間の最小工程を採用することができる。2室システムのうち1室にスワブを直接挿入するシステムを使用することができる。
チャンバ1は、ウイルス粒子の溶解およびゲノム物質の放出を促進する緩衝液を含むことができる。溶解バッファーのオプションには、PBS、キアゲン(Qiagen)RLT+バッファーまたはクイックエクストラクト(Quick Extract)、DNA/RNAシールド(Shield)などの市販の溶解バッファー、およびトリトン(Triton)X-100、トゥイーン(Tween)20、NP-40、またはオレス(Oleth)-8などの様々な濃度の界面活性剤が含まれるが、これらに限定されない。
撹拌およびその後のスワブ取り出しに続いて、チャンバを短時間(5分)加熱(55℃または95℃)し、溶解をさらに促進することができる。次に、2つのチャンバ間の分割を解除または除去し、鼻抽出バッファーを2番目のチャンバに流入させて再構成する。このチャンバには、Cas13アッセイ用の凍結乾燥試薬(Cas13RNPおよびレポータ分子)が含まれている。
図15は、従来のRNA抽出と比較したとき、低レベルのNL63のRNAが1段階溶解で効率的に検出されることを示し、また図18は、従来のRNA抽出と比較した場合に、SARS-CoV-2のRNAが1段階溶解で効率的に検出されることをグラフで示す。
実施例7:異なるcrRNAがSARS-CoV-2に対してより高い感度を示す
この実施例は、SARS-CoV-2のRNAを検出するための幾つかのcrRNAが、他のcrRNAよりも良好なシグナルを提供することを示している。
この実施例は、SARS-CoV-2のRNAを検出するための幾つかのcrRNAが、他のcrRNAよりも良好なシグナルを提供することを示している。
Cas13aタンパク質およびcrRNA1~9、13、14を含むアッセイ混合物、ならびにSARS-CoV-2のRNAを含む15.A549RNA、およびRNase Alertを添加した。反応混合物を120分間インキュベートし、蛍光を経時的にモニタリングした。反応は、殆どのcrRNAについて30~45分以内にほぼ完了した。
図8は、試験されたcrRNAのバックグラウンド補正蛍光を示す。図示のように、crRNA2、3、4、7、8、9、および14は、有用なバックグラウンド補正された蛍光レベルを示した。ただし、crRNA1、13、および15の有用なバックグラウンド補正蛍光レベルは最適ではなかった。
図20は、ガイド2+4+21が、SARS-CoV-2全長ウイルスの確実な検出を可能にすることをグラフで示している。図21は、30ヌクレオチド(crRNA_2)から32ヌクレオチド(crRNA_2XL)へのステム長の延長が、検出に影響を及ぼさないことを示している。図22は、NL63またはOC43を効率的に検出する複数のcrRNAの同定をグラフで示している。さらに、ガイドの組み合わせにより、(陽性患者サンプルの特異性および信頼性のある検出を維持しながら)アッセイの感度が向上/ブーストされる。
実施例8:SARS-CoV-2検出の感度
この実施例は、SARS-CoV-2検出方法で得ることができる感度、およびその方法が患者のCovid-19感染を検出するのに有効であることを示す。
この実施例は、SARS-CoV-2検出方法で得ることができる感度、およびその方法が患者のCovid-19感染を検出するのに有効であることを示す。
Cas13aタンパク質および選択されたcrRNAを含むアッセイ混合物を調製する。crRNA:Cas13a混合物をインキュベートした後、被検RNA(例えばSARS-CoV-2のRNA)をRNaseAlertディテクターに加える。この混合物をインキュベートする。
図9A~9Dは、Cas13aのKcatに基づく異なるCas13aおよびRNAアラート濃度における活性の速度のシミュレーションを示す(約20μMの基質でKcat500/秒、イースト-セレツキーら(East-Seletsky et al.)、Mol.Cell.66:373-383(2017))。本発明者らは、Cas13b(約20μM基質でKcat987/秒、スレイメイカーら(Slaymaker et al.)Cell Rep 26(13):3741-3751(2019))速度がこれらの速度の2倍になると計算した。
本明細書に記載の方法を用いて評価するために、Covid-19感染患者から陽性が確認された3つの鼻咽頭サンプルを得た。これらの鼻咽頭サンプルがSARS-CoV-2のRNAに対して陽性であることを確認するために、CDCN1およびN2プライマーを使用して定量的PCRを実行した(ウェブページcdc.gov/coronavirus/2019-ncov/downloads/List-of-Acceptable-Commercial-Primers-Probes.pdfを参照のこと)。平均Ct(サイクル閾値)を使用して、SARS-CoV-2のコピー数/mLを取得した。
本明細書に記載の方法を用いて、これら陽性が確認された鼻咽頭サンプルを評価するために、各アッセイ混合物は、鼻咽頭スワブからの抽出物crRNA、cas13a、およびRNaseAlertを含んでいた。陰性が確認されたサンプルも、反応混合物のバックグラウンドレベルを示すために、コントロールとして評価した。バックグラウンド減算は、バッファーを伴ったRNaseAlert基質の読み取り値を差し引くことにより実行された。
図9E~9Fは、実際のCovid-19患者サンプルの試験結果を示している。図9Eは、SARS-CoV-2のRNAを3人の感染患者からの鼻咽頭スワブ(陽性スワブ1~3)で検出するときの、CRISPR-Cas13aRNPアッセイの経時変化を、非感染患者(陰性スワブ#1)に対して行われた同じアッセイと比較して示す。図9Fは、3人の感染患者(陽性スワブ1~3)からのサンプルのCRISPR-Cas13aRNPアッセイについての30分後のエンドポイントとしての蛍光を、感染していない患者(陰性スワブ#1)に対して、ならびにサンプルを含まないCRISPR-Cas13a、crRNA、およびRNA-Alert試薬を含むアッセイ混合物(RNPのみ)に対して実施された同じアッセイと比較してグラフで示す。
以下の表は、本明細書に記載のCas13-crRNA法および定量的PCRにより、3人の感染患者(陽性スワブ1~3)について検出されたSARS-CoV-2RNAのコピー数を示す。定量的PCRによって検出されたコピー数は、2番目および3番目の列(平均Ctおよびコピー数/mL)に示されるのに対して、本明細書に記載されているCas13-crRNA法によって検出されたコピー数は4番目および5番目の列(反応液20μL中のコピー数と、1μL当りのコピー数)に示されている。
実施例9:SARS-CoV-2検出のための液滴ベースのアッセイ
この実施例は、SARS-CoV-2検出の感度を向上させることができる液滴ベースのCas13アッセイを説明する。
この実施例は、SARS-CoV-2検出の感度を向上させることができる液滴ベースのCas13アッセイを説明する。
切断されたフルオロフォアはバルクサンプル中で拡散するのではなく、平均して1つ(または幾つか少数)のCas13分子を含む液滴で、油-水エマルジョンが形成され得る。液滴内のCas13がウイルスRNAに結合した場合(液滴形成前の定義されたインキュベーション時間の後)、それは液滴内の全てのRNase Alertを切断し、暗い液滴の海に対して明るい液滴を形成する。
蛍光イメージングは、定義された反応時間(時系列ではなく)の後に使用することができ、サンプル中に存在するウイルスRNAの数を決定するために明るい液滴の数を単純に数えることができる。これは液滴PCRに似ているが、Cas13関連アッセイの診断感度を高めるのに役立つ。
実施例10:SARS-CoV-2検出用の可動装置
一例において、サンプル中のSARS-CoV-2RNAを検出および/または定量するためのシステム(例えば、CRISPR/Cas13aおよび携帯電話によるSARS-CoV-2の直接検出)は、第1の周波数のシグナルを使用してサンプルを励起するためのシグナル生成システム、サンプル内の蛍光を検出するためのカメラシステム、当該蛍光に基づいてサンプル中のSARS-CoV-2のRNAを検出するための処理回路を含んでいる。カメラシステムは、可動装置(例えば、顕微鏡(例えば、「セルスコープ(Cellscope)」)を含むことができる携帯電話など)内に含めることができる。システムは、通信インターフェイスを含むことができ、処理回路は、通信インターフェイスを介して、SARS-CoV-2のRNAがサンプル中で検出されたかどうかの表示を提供するように構成される。カメラシステムは相補型金属酸化膜半導体(CMOS)センサーを含むことができ、CMOSセンサーは少なくとも1つのカラーフィルタを含むことができる。カラーフィルタは、パターン内の交互のピクセルを覆って配置される。
一例において、サンプル中のSARS-CoV-2RNAを検出および/または定量するためのシステム(例えば、CRISPR/Cas13aおよび携帯電話によるSARS-CoV-2の直接検出)は、第1の周波数のシグナルを使用してサンプルを励起するためのシグナル生成システム、サンプル内の蛍光を検出するためのカメラシステム、当該蛍光に基づいてサンプル中のSARS-CoV-2のRNAを検出するための処理回路を含んでいる。カメラシステムは、可動装置(例えば、顕微鏡(例えば、「セルスコープ(Cellscope)」)を含むことができる携帯電話など)内に含めることができる。システムは、通信インターフェイスを含むことができ、処理回路は、通信インターフェイスを介して、SARS-CoV-2のRNAがサンプル中で検出されたかどうかの表示を提供するように構成される。カメラシステムは相補型金属酸化膜半導体(CMOS)センサーを含むことができ、CMOSセンサーは少なくとも1つのカラーフィルタを含むことができる。カラーフィルタは、パターン内の交互のピクセルを覆って配置される。
本開示の様々な実装において、コンポーネントまたはモジュールを作成する方法は、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせで実装することができる。例えば、本開示の様々な実装によって提供される方法は、例えば、C、C++、Java、Pythonなど、およびそれらの組み合わせのような標準のプログラミング言語を使用することによって、ソフトウェアで実装することができる。本明細書で使用される「ソフトウェア」および「ファームウェア」の用語は互換可能であり、コンピュータによる実行のためにメモリに格納された任意のコンピュータプログラムを含む。
通信インターフェイスには、メモリバスインターフェイス、プロセッサバスインターフェイス、インターネット接続、ディスクコントローラなどのような、別のデバイスと通信するための有線、無線、光などの媒体のいずれかにインターフェイスする任意のメカニズムが含まれる。通信インターフェイスは、構成パラメータを提供すること、および/またはシグナルを送信して、通信インターフェイスがソフトウェアコンテンツを記述するデータシグナルを提供するように準備することによって構成することができる。通信インターフェイスは、当該通信インターフェイスに送信される1つまたは複数のコマンドまたはシグナルを介してアクセスできる。
本開示は、本明細書における動作を実行するためのシステムにも関する。このシステムは、必要な目的のために特別に構築されるか、コンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動または再構成される汎用コンピュータで構成される。本明細書に示され、説明される開示の実装における操作の実行または遂行の順序は、別段の指定がない限り必須ではない。すなわち、操作は、別段の指定がない限り、任意の順序で遂行されてよく、本開示の実装は、本明細書に開示されたものよりも追加または少ない操作を含んでもよい。例えば、別の操作の前、それと同時、またはその後に特定の操作を実行または遂行することは、本開示の実装の範囲内であることが意図されている。
実施例11:SARS-CoV-2アッセイの改善
切断プローブと未切断プローブのサイズに基づく分離によるバックグラウンド減算
RNase酵素活性は、一般に蛍光RNaseプローブによって検出され、これは、一方の末端のフルオロフォアを他方の末端のクエンチャーから分離するRNAの切断時に蛍光シグナルを発する。これら蛍光プローブの感度は、バックグラウンド蛍光の原因となる未切断状態での不完全な蛍光クエンチによって制限される可能性がある。本明細書において提供されるのは、蛍光、即ちプローブの切断部分(シグナル)を、未切断の構築物(バックグラウンド)から物理的に分離する方法であり、これによってバックグラウンドが大幅に低減されたシグナルのモニタリングが可能になり、感度が向上する。このシステムは、半透膜またはゲルによって分離された2つのリザーバと、新しい蛍光RNaseプローブで構成される。その蛍光ドメインは、分離膜またはゲルを通過できるクエンチャードメインと比較して十分に小さい。小さな蛍光ドメインのサイズと、プローブの大きなクエンチャードメインとの間の膜透過性閾値を選択することにより、未切断の蛍光プローブ(バックグラウンドを生成する)が、リザーバ、即ち、その中に切断された蛍光ドメインが拡散してシグナルがモニタリングされる場所に入るのを防ぐことができる。
切断プローブと未切断プローブのサイズに基づく分離によるバックグラウンド減算
RNase酵素活性は、一般に蛍光RNaseプローブによって検出され、これは、一方の末端のフルオロフォアを他方の末端のクエンチャーから分離するRNAの切断時に蛍光シグナルを発する。これら蛍光プローブの感度は、バックグラウンド蛍光の原因となる未切断状態での不完全な蛍光クエンチによって制限される可能性がある。本明細書において提供されるのは、蛍光、即ちプローブの切断部分(シグナル)を、未切断の構築物(バックグラウンド)から物理的に分離する方法であり、これによってバックグラウンドが大幅に低減されたシグナルのモニタリングが可能になり、感度が向上する。このシステムは、半透膜またはゲルによって分離された2つのリザーバと、新しい蛍光RNaseプローブで構成される。その蛍光ドメインは、分離膜またはゲルを通過できるクエンチャードメインと比較して十分に小さい。小さな蛍光ドメインのサイズと、プローブの大きなクエンチャードメインとの間の膜透過性閾値を選択することにより、未切断の蛍光プローブ(バックグラウンドを生成する)が、リザーバ、即ち、その中に切断された蛍光ドメインが拡散してシグナルがモニタリングされる場所に入るのを防ぐことができる。
原理の証明として、LbuCas13a-RNase酵素を使用し、いずれかの端にFAMフルオロフォアおよびアイオワブラックFQ(IBFQ)が隣接する8KDa(18ヌクレオチド)RNaseプローブを切断した。FAMの次の短い5U配列とIBFQの次の長い13C配列が追加された。LbuCas13aの配列優先性のために、酵素は主にFAM近くの5U配列を切断し、それを残りのプローブから解放すると推論された。分子量カットオフ10KDaの透析膜を使用することにより、未切断のプローブの移動が大幅に減少した小さなFAM部分の選択的移動が実証された。同じ原則は、さまざまな他のメカニズムで実装できる。たとえば、金ナノ粒子や量子ドットなどの大きなクエンチャーを使用して、RNAのサイズを大きくすることなく未切断プローブのサイズを大きくすることができる。これにより、RNase基質が増加してシグナルが減少する。別の実施では、切断されたプローブと未切断プローブとの能動的分離が電気泳動によって達成され、分離速度および効率を改善することができる。
切断されたプローブのビーズベースでの濃度に伴った反応シグナルの増加
RNase酵素活性が非常に低い場合は、蛍光RNaseプローブのシグナルが非常に小さいため、それを検出するために特殊なセンサー(たとえば、PMTまたはAPD)が必要となる。分子結合に基づいてプローブをビーズに濃縮することにより、プローブシグナルを増加させる簡単で安価な方法が開発された。ビオチンをRNaseプローブに含め、ストレプトアビジンでコーティングされたビーズを使用することにより、ビーズ表面での蛍光シグナルの濃縮が実証された。この濃縮方法は、上記の分離方法と容易に組み合わせることができ、バックグラウンドを低く保ちながら、濃度によってシグナルを選択的に増加させることができる。
RNase酵素活性が非常に低い場合は、蛍光RNaseプローブのシグナルが非常に小さいため、それを検出するために特殊なセンサー(たとえば、PMTまたはAPD)が必要となる。分子結合に基づいてプローブをビーズに濃縮することにより、プローブシグナルを増加させる簡単で安価な方法が開発された。ビオチンをRNaseプローブに含め、ストレプトアビジンでコーティングされたビーズを使用することにより、ビーズ表面での蛍光シグナルの濃縮が実証された。この濃縮方法は、上記の分離方法と容易に組み合わせることができ、バックグラウンドを低く保ちながら、濃度によってシグナルを選択的に増加させることができる。
原理の証明として、ビオチンをFAMの次に添加し、RNase酵素反応が起こるリザーバとは別のリザーバにストレプトアビジンビーズを添加した。プローブの切断された部分は、半透膜を自由に通過した後、ビーズ表面に急速に濃縮されることが観察されたが、切断されていない構築物は濃縮されなかった(図23)。同じ原理をさまざまなメカニズムで実装できる。たとえば、ビオチン-ストレプトアビジンの代わりに、小分子と抗体の間の結合を使用できる。シグナルの選択的濃縮は、分子ケージングのメカニズムによって達成できる。この場合、ケージ結合リガンドはRNA切断時に露出することができ、基質への結合を可能にする。
多分散液滴を使用した少量の反応シグナルの液滴ベースの濃度
活性RNase酵素濃度が低いか、ウイルスなどのCas13標的が低濃度で存在する場合、バルク反応におけるRNaseレポータシグナルは、酵素反応が低いために非常に遅くなり得る。効果的な酵素濃度を増加させる小さな体積の液滴内に単一の活性酵素を閉じ込めることにより、反応を促進する簡単な方法が創作された。この方法では、1つのバルク反応を多数の小さな反応に分割することで、ウイルスを迅速かつ高感度に検出できる。発明者らは、複雑な機器により生成される均一な液滴形状に依存する従来の液滴ベースの反応ではなく、単純な攪拌により形成される多分散液滴を使用して、ウイルスゲノムを高感度で検出できることを示した。
活性RNase酵素濃度が低いか、ウイルスなどのCas13標的が低濃度で存在する場合、バルク反応におけるRNaseレポータシグナルは、酵素反応が低いために非常に遅くなり得る。効果的な酵素濃度を増加させる小さな体積の液滴内に単一の活性酵素を閉じ込めることにより、反応を促進する簡単な方法が創作された。この方法では、1つのバルク反応を多数の小さな反応に分割することで、ウイルスを迅速かつ高感度に検出できる。発明者らは、複雑な機器により生成される均一な液滴形状に依存する従来の液滴ベースの反応ではなく、単純な攪拌により形成される多分散液滴を使用して、ウイルスゲノムを高感度で検出できることを示した。
原理の証明として、フッ素化油(HFE7500)および2%PEGベースのフルオロ界面活性剤(008界面活性剤)を使用して、Cas13反応を油中水滴にカプセル化した。水と油の界面にPEGベースの界面活性剤を含めると、フッ素化油または炭化水素油の液滴内でCas13反応が成功するのに役立つが、他の一般的に使用される非イオン性界面活性剤は当該反応を阻害する。また、炭化水素油と比較してフッ素化油の粘度が低いため、単純な攪拌により狭いサイズ分布内での多分散液滴を形成できることも分かった(図24)。液滴の生成前に0.5%のIGEPALを水相に含めることにより、小さく不均一なサイズの液滴が生成された。極めて少量のSARS-COV2ゲノムが水性混合物にロードされ、各液滴に0または1コピーのウイルスが含まれるようになった。37°Cで1時間インキュベーションした後、ウイルスを含む液滴は、他のブランクの液滴よりも著しく明るい蛍光シグナルを示した(図25)。さらに、液滴内の蛍光強度は、液滴サイズに反比例した。この観察結果は、ウイルスを十分に少量の液滴(<1pL)にロードすることにより、非常に低レベルのウイルスを迅速かつ高感度に検出できることを示唆している。不均一なサイズ分布を持った液滴に基づいて、サンプルコピー数の計算を可能にする統計モデルも開発された。
実施例12:Cas13aによるウイルスSARS-CoV-2のRNAの定量的直接検出
この実施例では、SARS-CoV-2のRNAの直接検出を定量することと、Cas13aアッセイの開発に関する実験について説明する。最初に、個々のcrRNAまたはガイドを、精製したレプトトリキア・ブッカリス(Leptotrichia buccalis(Lbu))のCas13aを含むアッセイ混合物で試験した。Cas13:crRNAリボ核タンパク質(RNP)複合体は、SARS-CoV-2のヌクレオキャプシド(N)遺伝子の異なる20ヌクレオチド領域を検出するように設計された。これらの幾つかによって検出された、N遺伝子に沿った位置の例を図43Aに示す。最初に、疾病管理予防センター(CDC)のNプライマーセットおよびパンデミックの初期に中国の武漢で開発されたNプライマーセット(Zhu et al.,2020)の幾つかの位置に対応して、N遺伝子に沿った12のガイドが設計された。LbuCas13にはプロトスペーサフランキング部位(PFS)優先度がないため(East-Seletsky et al.,2016)、各プライマーセットに対応するcrRNAが設計された。
この実施例では、SARS-CoV-2のRNAの直接検出を定量することと、Cas13aアッセイの開発に関する実験について説明する。最初に、個々のcrRNAまたはガイドを、精製したレプトトリキア・ブッカリス(Leptotrichia buccalis(Lbu))のCas13aを含むアッセイ混合物で試験した。Cas13:crRNAリボ核タンパク質(RNP)複合体は、SARS-CoV-2のヌクレオキャプシド(N)遺伝子の異なる20ヌクレオチド領域を検出するように設計された。これらの幾つかによって検出された、N遺伝子に沿った位置の例を図43Aに示す。最初に、疾病管理予防センター(CDC)のNプライマーセットおよびパンデミックの初期に中国の武漢で開発されたNプライマーセット(Zhu et al.,2020)の幾つかの位置に対応して、N遺伝子に沿った12のガイドが設計された。LbuCas13にはプロトスペーサフランキング部位(PFS)優先度がないため(East-Seletsky et al.,2016)、各プライマーセットに対応するcrRNAが設計された。
ウイルスN遺伝子(ヌクレオチド位置28274~29531)に対応するインビトロ転写(IVT)RNAを標的/活性化因子として使用して、各ガイドを個別に試験した。480fM(2.89×105コピー/μL)の標的/活性化剤濃度で、RNPコントロールを超えた反応性を有する10のガイドが特定された。RNPコントロールは同じ反応混合物(同じRNP)を有していたが、標的/活性化剤RNAはなかった(図43B)。RNaseを含まないバッファーを使用することは、バックグラウンドの蛍光を最小限に抑え、プレートリーダーのゲインおよびフィルター帯域幅の設定を最適化して、低レベルのレポータ切断を捕捉した。活性化剤として完全長のウイルスRNAを使用した場合にも、同様の結果が得られた。これらの最初の研究では、低レベルの標的非依存性蛍光を維持しながら、蛍光レポータによって決定される最大のCas13a活性化を生じる2つのガイド(crRNA2(配列番号2)およびcrRNA4(配列番号4))が選択された。
LbuCas13aは、僅か10fM(約6000コピー/μL)の相補的活性化剤RNAの存在下においても、検出可能なレポータ切断を示す(East-Seletskyら、2017)。一連の希釈したインビトロ転写ウイルスRNAに対して個々のアッセイ試験を使用したときに、crRNA2(配列番号2)およびcrRNA4(配列番号4)は、同様の範囲での検出限界でウイルスRNAを検出できた(図43C)。図43Cに示される結果を定量するために、各曲線の勾配を経時的に決定した。直接検出アッセイからのシグナルはCas13aのRNase活性のみに依存するので、それはCas13aについて報告されている速度で、ミカエリス-メンテン酵素動態に従うはずである。低濃度の標的RNAにおいては、経時的な蛍光変化は線形であり、ウイルスRNAの検出限界を決定できるように、異なる標的RNA濃度についての線形回帰による勾配の比較を決定した(図43D)。これらのデータは、crRNA2およびcrRNA4が、それぞれインビトロで転写されたN遺伝子RNAの少なくとも10,000コピー/μLの検出を容易にすることを確認した。測定された勾配は活性化Cas13aの濃度に比例したので、活性化Cas13aは、標的RNAの濃度でスケーリングできた(図43E)。したがって、標的RNA濃度は、検出アッセイ中に測定された蛍光生成の勾配から推定でき、それによって未知のサンプル中のウイルス量を直接定量できる。
実施例13:ガイドRNAを組み合わせるとCas13aの感度が向上する
この実施例は、2つ以上のcrRNAの使用によりCas13a活性化が増強し、SARS-CoV-2のRNAの検出感度を改善できることを示している。本発明者らは、ウイルスRNA上の2つの異なる位置で2つのcrRNA-Cas13a酵素RNPを使用すると、酵素活性が少なくとも2倍になり、感度が向上すると仮定した(図44A)。さらに、ガイドRNAの組み合わせは、ウイルスゲノムの進化に伴って生じる配列バリエーションに関する懸念を軽減する可能性がある。
この実施例は、2つ以上のcrRNAの使用によりCas13a活性化が増強し、SARS-CoV-2のRNAの検出感度を改善できることを示している。本発明者らは、ウイルスRNA上の2つの異なる位置で2つのcrRNA-Cas13a酵素RNPを使用すると、酵素活性が少なくとも2倍になり、感度が向上すると仮定した(図44A)。さらに、ガイドRNAの組み合わせは、ウイルスゲノムの進化に伴って生じる配列バリエーションに関する懸念を軽減する可能性がある。
crRNA2およびcrRNA4のガイドRNAの組み合わせを試験して、それらが一緒になって、単一のSARS-CoV-2のRNAサンプル検出を増強できるかどうかを確認した。反応混合物中のCas13aRNPの総濃度は100nMで均一に保たれ、crRNA2およびcrRNA4ガイドRNAの濃度は同等に保たれた(それぞれ50nM)。
図44Bに示されるように、crRNA2および4を組み合わせると、検出反応の勾配が著しく増加し、従って、一定の活性化因子RNA濃度(480fM)で測定したときに反応の感度が増大した。勾配は、213AU/分(SE±1.6)(crRNA2)および159AU/分(SE±1.7)(crRNA±4)から個別に増加し、2つのcrRNAを組み合わせて使用したときには383AU/分(SE±3.0)に増加した。この増加した感度は、RNPコントロール反応の勾配を増加させることなく得られた(図44B)。したがって、2つのcrRNAを組み合わせて使用すると、SARS-CoV-2のRNAを検出する平均勾配(または速度)を2倍にすることができ、それによってCovid-19検査に必要な時間を短縮できる。
組み合わせが検出限界にどのように影響するかを決定するために、組み合わせガイド反応を一連の希釈したN遺伝子RNAで評価した。図44Cに示すように、crRNA2およびcrRNA4の組み合わせの使用は、標的RNAのないcrRNA2およびcrRNA4を含有するRNPのコントロールシグナルと比較した場合に、検出限界をインビトロで転写された標的N遺伝子RNAの1000倍未満にシフトさせた。
crRNA2およびcrRNA4のガイドRNAの両方を用いた同じアッセイを、SARS-CoV-2感染VeroCCL81細胞の上清から単離された全長SARS-CoV-2のRNAを用いて行った。図44Dに示すように、ガイドの組み合わせの検出限界は、270全長ウイルスコピー/μLであった。標的間での検出限界の違い(インビトロで転写されたN遺伝子と完全長SARS-CoV-2のRNA)は、標的RNAに使用される異なる定量技術に起因するか、またはガイドの親和性を低下させ得る(Abudayyeh et al.,2016)ウイルスRNAについて予測される顕著な二次構造に起因する可能性がある(Manfredonia et al.,2020;Sanders et al.,2020)。
CRISPRベースの診断は高度に特異的であることができる。SARS-CoV-2に対するガイドRNAの特異性を確認するために、ヒトサンプルに存在する可能性のある他の呼吸器ウイルスを含むアッセイで評価した。アルファコロナウイルスHCoV-NL63、ベータコロナウイルスHCoV-OC43、および中東呼吸器症候群コロナウイルス(MERS-CoV)は、ヒト宿主に感染して呼吸器疾患を引き起こすことが知られている7つのコロナウイルスの1つである(Fung and Liu,2019)。crRNAガイドがこれらのコロナウイルスと交差反応しないことを確認するために、HCoV-NL63またはHCoV-OC43にそれぞれ感染したHuh7.5.1-ACE2またはVeroE6細胞の上清からRNAを抽出した。加えて、インビトロで転写されたN遺伝子RNAが、MERS-CoVから生成された。
図45Aに示すように、HCoV-NL63、HCoV-OC43またはMERS-CoVウイルスRNAのいずれについても、ガイドcrRNA2および4では、RNPバックグラウンドを超えるシグナルは検出されなかった。同様に、図45Bに示すように、H1N1インフルエンザAまたはインフルエンザBウイルスのRNA、または一次ヒト気道オルガノイドから抽出されたRNAではシグナルが検出されなかった。
以前に公開されたPCRプライマーまたはCas12ガイドセット(Corman et al.,2020)(Broughton et al.,2020)に基づいて、感度および特異性をさらに高めるために、SARS-CoV-2ウイルスE遺伝子の検出のために追加のガイドを試験した。SARS-CoV-2ウイルスE遺伝子上のcrRNA19~22によって検出された位置を図45C-1に示す。単一濃度の完全長SARS-CoV-2のRNAについて試験した場合、crRNA21(配列番号23)は個別に、ならびにガイドcrRNA2およびcrRNA4と組み合わせて、最もよく機能した(図45C-2)。SARS-CoV-2陰性であることが確認された5つの鼻スワブサンプル由来のRNAで試験した場合、crRNAの3重の組み合わせ(RNP2+4+21)もまた、RNPコントロール反応を超えるシグナルを示さなかった(図45C~3)。
実施例14:Cas13aは、患者サンプル中のSARS-CoV-2のRNAを直接検出する
この実施例は、患者サンプルを用いた検出アッセイの試験結果を示す。
この実施例は、患者サンプルを用いた検出アッセイの試験結果を示す。
crRNA21の添加がCas13aアッセイの検出限界を改善するかどうかを決定するために、crRNA2+4+21と、バイオ防御新興感染症研究資源リポジトリ(Biodefence and Emerging Infections research Resources Repository)(BEIリソース)から得た正確に滴定されたSARS-CoV-2ゲノムRNAとを含む組み合わせ反応を試験した。
20回の反復反応を用いて2時間にわたり行われた一連の希釈実験において、この3重の組み合わせでは、デジタル液滴(dd)PCRを用いたBEIにより独立に決定されたウイルスコピー数に基づいて、僅か31コピー/μLしか検出されなかった(図45D)。個別反応の勾配の不確実性を分析することにより、95%信頼区間を適用した場合に、各希釈についての20の個々の試験の100%が、この感度で陽性であると正しく同定された(図45D)。
SARS-CoV-2陽性の個体から採取した鼻スワブ由来の、5つのRNAサンプルを精製した。SARS-CoV-2陰性のスワブサンプルを、陽性サンプルと同じ方法で処理した。RT-qPCR測定を実施したところ、患者サンプルのCt値は14.37~22.13の範囲であり、3.2×105~1.65×103コピー/μLの範囲のSARS-CoV-2のコピー数と相関していた。
図45Eに示すように、直接検出アッセイは5つの陽性試料を正確に同定し、これらは全て、陰性スワブまたは標的なしのRNP反応により誘発されたシグナルを有意に上回っていた。
実施例15:携帯電話のカメラをポータブルアッセイリーダーとして活用する
実験室外でのアッセイの測定を可能にするために、発明者らは、セルスコープ技術(その全体を本明細書で具体的に援用する米国特許第10,578,852号および同第10,542,885号を参照のこと)に関する専門知識に基づいて、Cas13直接検出アッセイにより放出される蛍光シグナルの検出および定量のための、携帯電話ベースの蛍光顕微鏡を構築し設計した(図46A)。この装置は、グーグルピクセル4XL(Google Pixel 4XL)フォンの電話カメラ、f=20mm接眼レンズ、および画像収集用の干渉フィルターに基づいていた。当該装置には、488nmダイオードレーザ、ガラスコリメーションレンズ、および照明用ミラーとして使用される2つのND4フィルターも含まれていた。全ての光学部品および照明部品は、光学絶縁用カスタムメイドの黒いアクリルボックスに収納された。当該装置でアッセイ反応を分析するために、ポリジメチルシロキサン(PDMS)をアクリル型にキャストすることにより、特注のイメージングサンプルチャンバを作製した。このイメージングチャンバには、40μLの反応量で個別に充填できる3つの独立したチャネルが含まれている。自動タイムラプスイメージングは、カスタムアンドロイドアプリケーションと、レーザのトリガーおよび画像取得を制御するブルートゥース(Bluetooth)受信機によって制御される。その後、画像は電話から取得され、カスタムMatlab(登録商標)コードを使用してオフラインで分析される。
実験室外でのアッセイの測定を可能にするために、発明者らは、セルスコープ技術(その全体を本明細書で具体的に援用する米国特許第10,578,852号および同第10,542,885号を参照のこと)に関する専門知識に基づいて、Cas13直接検出アッセイにより放出される蛍光シグナルの検出および定量のための、携帯電話ベースの蛍光顕微鏡を構築し設計した(図46A)。この装置は、グーグルピクセル4XL(Google Pixel 4XL)フォンの電話カメラ、f=20mm接眼レンズ、および画像収集用の干渉フィルターに基づいていた。当該装置には、488nmダイオードレーザ、ガラスコリメーションレンズ、および照明用ミラーとして使用される2つのND4フィルターも含まれていた。全ての光学部品および照明部品は、光学絶縁用カスタムメイドの黒いアクリルボックスに収納された。当該装置でアッセイ反応を分析するために、ポリジメチルシロキサン(PDMS)をアクリル型にキャストすることにより、特注のイメージングサンプルチャンバを作製した。このイメージングチャンバには、40μLの反応量で個別に充填できる3つの独立したチャネルが含まれている。自動タイムラプスイメージングは、カスタムアンドロイドアプリケーションと、レーザのトリガーおよび画像取得を制御するブルートゥース(Bluetooth)受信機によって制御される。その後、画像は電話から取得され、カスタムMatlab(登録商標)コードを使用してオフラインで分析される。
携帯電話ベースの検出システムは市販の実験用プレートリーダーよりも感度が低いとの予想に反して、本発明者らは、測定ノイズの減少および多くの時点で収集する能力(これは勾配の不確実性を減少させた)に起因して、当該装置の感度はほぼ一桁高いことを発見した。
3重ガイドCas13アッセイによるSARS-CoV-2のRNAの検出において、当該装置の性能を、ウイルス感染VeroE6細胞の上清から単離されたウイルスRNAの希釈アッセイで評価した(図46B~46D)。
3重ガイドcrRNAは、crRNA2(配列番号2)、crRNA4(配列番号4)およびcrRNA21(配列番号23)ガイドRNAを含んでいた。元のウイルス株の1:10、1:25、1:50、および1:100の希釈が試験され、これはSARS-CoV-2N遺伝子の異なる(増加する)コピー数に対応し、ここでのCoV・RNAのコピー数はRT-qPCRによって決定された。各希釈の幾つかの反復が当該装置で試験され、それぞれがウイルスRNAを含まない3重ガイド多重化RNPからなるコントロール反応を伴った。
プレートリーダーと同様に、各反応チャンバで生成された蛍光を経時的に収集し、30秒ごとに測定したときに、RNPコントロールと比較して、500~200コピー/μLの全長ウイルス濃度で蛍光が安定して増加することが示された(図46B)。各反復は、サンプルチャンバにロードした直後に60分間撮像され、勾配が計算され、勾配がコントロールチャネルの勾配と比較された。勾配、および各勾配の95%信頼区間は、単純な線形回帰によるシグナルの線形適合を使用して決定された(図46C)。サンプルの勾配がコントロール反応の勾配と95%信頼区間内で重ならない場合、サンプルは陽性と見なされた。検出限界を決定するために、RT-qPCRにより決定したときに、500、200、100、および50コピー/μLに対応するウイルス希釈のそれぞれを測定した。勾配は、アッセイの最初の30、20、および10分間のデータに基づいて計算され、各勾配が、同じ時間にわたって計算されたRNPコントロールの勾配と比較された。各希釈およびアッセイ時間について、RNPコントロールと比較した標的RNAを検出するアッセイの能力は、100%の精度に対応する全てのアッセイ時間につき、1:10希釈の5つの反復のうち5つの陽性試験を用いて、%精度として定量された(図46D)。全ての希釈に対する結果は、検出限界が30分未満では約250コピー/μLであり、精度は50コピー/μLでは50%に低下したことを示している。
次いで、同じ患者試料を分析して、プレートリーダーと携帯電話装置を対比させて検出を比較した。各反応は、RNPコントロールと共に60分間撮像された。Ct=17.65(陽性スワブ#3)の患者の勾配は、Ct=20.37(陽性スワブ#4)の患者の勾配よりも有意に大きかった(図46E~46F)。図46Eは、crRNA2、crRNA4およびcrRNA21のガイドの組み合わせを使用し、RT-qPCRを使用して各々がSARS-CoV-2に対して陽性であると確認されたヒト患者由来の2つの異なる鼻咽頭サンプルを用いて、可動装置上で実行されたCas13アッセイからの結果をグラフで示す。RNPのみのコントロールには鼻咽頭サンプルがなかった。図46Fは、アッセイ混合物を60分間インキュベートした後に、46Eに記載のアッセイから決定された最終シグナル勾配値をグラフで示す。
検出精度を評価するために、実験開始から最初の5分、10分、15分および20分のデータを使用して線形適合を行い、各サンプルの勾配をRNPコントロールと比較した。図46Gに示すように、5つのサンプル全てを検証し、装置を使用した場合にアッセイの最初の5分以内に陽性と特定することに成功した。したがって、本明細書に記載の可動装置検出システムおよび反応アッセイは、臨床的に関連したウイルス量を有する患者サンプルの結果を取得するための、非常に短い検査所用時間を提供した。高いウイルス量は、高いシグナルがコントロールを超えたと迅速に判断できるので非常に迅速に検出ができるのに対して、低いウイルス量は、そのシグナルがコントロールを超えて区別可能であればより長時間で検出できる。本明細書に記載されているアッセイは、スクリーニングアプリケーションと、より感度の高い診断アプリケーションの両方に対応するように調整できる時間依存的な感度を備えている。
携帯電話ベースの検出システムは、市販の実験用プレートリーダーよりも感度が低いとの一部の予想に反して、本発明者らは、我々の装置では測定ノイズが減少し、またより多くの時点での収集能力があり、これが勾配の不確実性を減少させるため、ほぼ一桁感度が高いことを発見した(図47A~47B)。
実施例16:SARS-CoV-2の8つのガイドの組み合わせにより、ウイルスRNAの検出が向上し、且つSARS-CoV-2のRNAを特異的に検出する
この実施例は、8GのcrRNA(配列番号27~34)の組み合わせの使用が、SARS-CoV-2のRNAの検出を改善することを示している。
この実施例は、8GのcrRNA(配列番号27~34)の組み合わせの使用が、SARS-CoV-2のRNAの検出を改善することを示している。
ガイドRNAの組み合わせをさらに評価するために、3つのcrRNAを含むアッセイ混合物を、8つのcrRNAを含むアッセイ混合物と比較した。当該3つのcrRNAガイドの組み合わせは、crRNA2+4+21(配列番号27、28、23または35)、下記の表3に示される配列を含んでいた。
8つのcrRNAの組み合わせは、8GのcrRNAの組み合わせ(配列番号27~34)であり、配列は以下の表4に示されている。
crRNA組み合わせの特異性を試験するために、異なる標的RNAを使用して、3Gおよび8GのcrRNA組み合わせを評価した。したがって、インフルエンザA、インフルエンザB、ヒトコロナウイルスNL63、ヒトコロナウイルスOC43、HIV、またはSARS-CoV-2ウイルスRNAからのウイルスRNAを、3GのcrRNA組み合わせまたは8GのcrRNA組み合わせのいずれかのアリコートと混合した。本明細書に記載の方法を用いて実施されたアッセイおよび各アッセイ混合物からの蛍光シグナルが検出された。
図48に示すように、crRNA(配列番号27~34)の8G組み合わせの使用は、3GのcrRNA組み合わせ(配列番号27、28、23または35)と比較して、SARS-CoV-2ウイルスRNA検出を改善した。さらに、crRNAの8Gの組み合わせは、SARS-CoV-2に対して非常に特異的であった。インフルエンザA、インフルエンザB、ヒトコロナウイルスNL63およびOC43、またはHIVウイルスRNAアッセイからのシグナルは、ウイルス標的RNAを含まないアッセイ混合物(例えば、RNP単独アッセイ)とは検出可能なほどに異ならなかった(図48参照)。
次いで、crRNAガイドの8G組み合わせによるSARS-CoV-2の検出限界を、FDAガイドラインに従って検出限界法により評価した。アッセイ混合物は、SARS-CoV-2ウイルスRNAの1μL当り100、50、または10コピーを使用して、30分、60分、または120分間インキュベートして調製した。FDAガイドラインに従って、20個の反復を個別に比較した(図49参照)。
図49A~49Cは、crRNA(配列番号27~34)の8G組み合わせの検出限界を示す。図49に示すように、crRNAガイドの8G組み合わせを使用した場合、特にアッセイを30分以上インキュベートした場合には、SARS-CoV-2ウイルスRNAのマイクロリットル当り僅か10コピーしか検出できなかった。
本明細書に記載の方法をさらに評価するために、(野生型SARS-CoV-2株を検出するように設計された)crRNAガイドの8G組み合わせを含むアッセイ混合物を、SARS-CoV-2の突然変異型およびバリアント型を検出する能力について試験した。図50に示すように、crRNAガイドの8G組み合わせは、武漢、英国、南アフリカ、カリフォルニアのバリアントを含む様々なSARS-CoV-2株を検出する。
実施例17:異なるSARS-CoV-2株、突然変異体およびバリアントの検出
この実施例は、本明細書に記載の方法および組成物を使用して、様々なSARS-CoV-2株、突然変異体およびバリアントを検出および区別できることを示している。
この実施例は、本明細書に記載の方法および組成物を使用して、様々なSARS-CoV-2株、突然変異体およびバリアントを検出および区別できることを示している。
以下に提供される表5は、様々なSARS-CoV-2株の突然変異体およびバリアントを検出するための、crRNAガイド配列(配列番号58~147)を示す。特に有用なcrRNAは、**により特定される。
野生型SARS-CoV-2株(WA1crRNA)を検出するため、または英国、カリフォルニア(CA)、南アフリカ(SA)、およびブラジル株などのバリアントおよび突然変異SARS-CoV-2株を検出するために、異なるcrRNAガイドRNAを設計した。この異なるcrRNAガイドRNAを本明細書に記載の方法を使用して試験し、それらが株特異的であるかどうか、および/またはSARS-CoV-2タイプを別のタイプと区別できるかどうかを確認した。
WA1ガイド(例えば、野生型(WT)、US株を検出するように設計された)およびバリアントガイド(例えば、カリフォルニア(CA)、UKなどの株を検出するように設計された)を、WA1、または様々なSARS-CoV-2のRNA株由来のゲノムRNA、インビトロ転写RNA、合成RNAなどを含むバリアント標的RNAに対して試験した。野生型SARS-CoV-2反応(野生型crRNAを使用)からのシグナルを測定することによって、およびバリアントSARS-CoV-2株(表5に記載のバリアントcrRNAを使用)からのシグナルを2時間にわたって測定することによって、図51Aに示されるアルゴリズムが決定され、また経時的な勾配が計算された。勾配比は、ガイドRNA+標的(即ち、RNP+標的RNA)反応の勾配を、ガイドRNA+標的なし(即ち、RNPのみ)反応の勾配で除算することによって計算された。図51Bに示すグラフキーを作成するために、WA1(WT)株の勾配比をバリアント株の勾配比で除算して、WTおよびバリアント検出の間の比較比率を決定した。図51Bに示すグラフキーのY軸は、log2スケールである。比較比率が高い(1より大きい)場合、アッセイ混合物で使用されるガイドRNAは、野生型(WA1)株をより効率的に検出する。しかし、比較比率が低い(1未満)場合、アッセイ混合物で使用されるガイドRNAは、バリアント株をより効率的に検出する。
crRNAをさらに評価するために、野生型SARS-CoV-2株または突然変異/バリアントSARS-CoV-2株のいずれかを検出できる、表5に記載のcrRNAの幾つかを含むアッセイ混合物を調製した。
図52A~52Bに示すように、野生型SARS-CoV-2株を検出するように設計されたWA1crRNAと、ブラジルP.1(BZ(P.1))バリアントSARS-CoV-2株を検出するために設計されたcrRNAは、標的として合成RNAを使用して試験したときに、野生型と、ブラジルのSARS-CoV-2株におけるバリアントK417T、E484K、およびN501Y突然変異とを区別することができた(図52A)。crRNAはまた、全長ウイルスRNAに対して試験した場合に、E484K突然変異を効率的に検出した(図52B)。したがって、WA1のcrRNAを使用すると、SARS-CoV-2が存在することを同定でき、特定の突然変異を標的とするガイドRNAを使用すると、いずれのバリアントSARS-CoV-2株が感染の原因であるか、さらにはどのタイプのSARS-CoV-2突然変異が存在するかを同定することができる。
図53A~53Bは、突然変異SARS-CoV-2株を検出するために特別に設計されたガイドcrRNAが、突然変異カリフォルニア(CA B.1.429)株をそれらの野生型親株から区別できることを示す。crRNAは、シャーロック法(図53A)またはセントラルシード法(CS、図53B)法によって設計された。図示されているデータは、JS_cr034crRNAがWA1固有のガイドRNAであるのに対して、JS_cr037、JS_cr043、JS_cr045、JS_cr047ガイドは、CA固有のガイドRNAであることを示している。crRNAによって検出されたSARS-CoV-2の野生型と、突然変異の位置がグラフの下に示されている。野生株のORF1AB:I4205_wt突然変異を検出するための特に有望なガイドは、JS_cr034_I4205V_wtAのcrRNAガイドであると特定された。CAクレード20Cで見つかったSpike S13I_mut突然変異を検出するための特に有望なガイドは、JS_cr037_S13I_mutAのcrRNAおよびJS_cr045_S131_mutBのcrRNAであると特定された。CAクレード20Cで見つかったORF1AB:D1183Y_mut突然変異を検出するための有望なガイドは、JS_cr043_D1183Y_mutBのcrRNAであると特定された。CAクレード20Cで見つかったSpike:W152C_mut突然変異を検出するための有望なガイドは、JS_cr047_W152C_mutBのcrRNAであると特定された。
図54A~54Bは、カリフォルニア(CA)クレードの20C CA/B.1.429突然変異体および野生型SARS-CoV-2の、そのようなSARS-CoV-2株を検出するように設計された様々なcrRNAを使用した検出を示す。図54Aに示すグラフキーは、log2スケールを使用した、Y軸上の野生型とバリアントカリフォルニア(CA)SARS-CoV-2株との間の比較比率を示す。比較比率が高い(1より大きい)場合、アッセイ混合物で使用されるガイドRNAは野生型(WA1など)株をより効率的に検出する。しかし、比較比率が低い場合(1未満)には、アッセイ混合物で使用されるガイドRNAは、バリアント株(例えば、CAバリアント株)をより効率的に検出する。この実験は、JScr56、JScr57、JScr58、JScr46のガイドがWA1(wt)に特異的であり、JScr37、JScr45がCA株に特異的なガイドであることを示している(図54B)。
図55は、表5に記載された幾つかのcrRNAを使用した、野生型SARS-CoV-2(スパイクタンパク質にD614アミノ酸を有するWA1)およびバリアントSARS-CoV-2(スパイクタンパク質にG614アミノ酸を有するUKおよび他の幾つか)における特定の突然変異(D614G)を示す。図に示すように、様々なcrRNAが、武漢参照株の23位,403位におけるAからGへのヌクレオチド突然変異により引き起こされるスパイクD614Gアミノ酸突然変異をもった株を検出できる。元の分離株にはD614があり、時間の経過とともにG614が集団を引き継ぎ、現在では基本的に野生型配列になっている。
図55のデータを得るために、幾つかのcrRNAが、新たに循環している株で対象とする突然変異を備えたSARS-CoV-2に対して試験された。図55は、いずれのガイドRNAがD614突然変異とG614突然変異を区別するのに優れているかを示す(それぞれJScr4対JScr12を使用)。
参考文献
Abudayyeh OO, Gootenberg JS, Essletzbichler P, Han S, Joung J, Belanto JJ, Verdine V, Cox DBT, Kellner MJ, Regev A, Lander ES, Voytas DF, Ting AY, Zhang F. RNA targeting with CRISPR-Cas13. Nature. Nature Publishing Group; 2017 Oct 12;550(7675):280-4。
Abudayyeh, O.O., Gootenberg, J.S., Konermann, S., Joung, J., Slaymaker, I.M., Cox, D.B., Shmakov, S., Makarova, K.S., Semenova, E., Minakhin, L., et al. (2016). C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector. Science. 353(6299): 353, aaf5573。
Alexandersen, S., Chamings, A., and Bhatta, T.R. (2020). SARS-CoV-2 genomic and subgenomic RNAs in diagnostic samples are not an indicator of active replication. medRxiv。
Arizti-Sanz, J., Freije, C.A., Stanton, A.C., Boehm, C.K., Petros, B.A., Siddiqui, S., Shaw, B.M., Adams, G., Kosoko-Thoroddsen, T.F., Kemball, M.E., et al. (2020). Integrated sample inactivation, amplification, and Cas13-based detection of SARS-CoV-2. bioRxiv。
Babin, S.M., Hsieh, Y.H., Rothman, R.E., and Gaydos, C.A. (2011). A meta-analysis of point-of-care laboratory tests in the diagnosis of novel 2009 swine-lineage pandemic influenza A (H1N1). Diagn Microbiol Infect Dis. 69(4), 410-418。
Bai, Y., Yao, L., Wei, T., Tian, F., Jin, D.Y., Chen, L., and Wang, M. (2020). Presumed Asymptomatic Carrier Transmission of COVID-19. JAMA. Published online 2020/02/23 DOI: 10.1001/jama.2020.2565。
Berg B, Cortazar B, Tseng D, Ozkan H, Feng S, Wei Q, Chan RY-L, Burbano J, Farooqui Q, Lewinski M, Di Carlo D, Garner OB, Ozcan A. Cellphone-Based Hand-Held Microplate Reader for Point-of-Care Testing of Enzyme-Linked Immunosorbent Assays. ACS Nano. 2015 Aug 25;9(8):7857-66。
Breslauer DN, Maamari RN, Switz NA, Lam WA, Fletcher DA. Mobile phone based clinical microscopy for global health applications. PLoS ONE. 2009 Jul 22;4(7):e6320。
Brian DA, Baric RS. Coronavirus genome structure and replication. Curr. Top. Microbiol. Immunol. Fourth Edition. Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag; 2005;287(Suppl):1-30。
Broughton, J.P., Deng, X., Yu, G., Fasching, C.L., Servellita, V., Singh, J., Miao, X., Streithorst, J.A., Granados, A., Sotomayor-Gonzalez, A., et al. (2020). CRISPR-Cas12-based detection of SARS-CoV-2. Nature Biotechnology. 38(7), 870-874. DOI: doi:10.1038/s41587-020-0513-4。
Broughton JP, Deng X, Yu G, Fasching CL, medRxiv JS, 2020. Rapid Detection of 2019 Novel Coronavirus SARS-CoV-2 Using a CRISPR-based DETECTR Lateral Flow Assay. medrxiv.org。
Chan, J.F., Yuan, S., Kok, K.H., To, K.K., Chu, H., Yang, J., Xing, F., Liu, J., Yip, C.C., Poon, R.W., et al. (2020). A familial cluster of pneumonia associated with the 2019 novel coronavirus indicating person-to-person transmission: a study of a family cluster. Lancet. 395(10223), 514-523. Published online 2020/01/28 DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30154-9。
Chartrand, C., Leeflang, M.M., Minion, J., Brewer, T., and Pai, M. (2012). Accuracy of rapid influenza diagnostic tests: a meta-analysis. Ann Intern Med. 156(7), 500-511. Published online 2012/03/01 DOI: 10.7326/0003-4819-156-7-201204030-00403。
Chen, J.S., Ma, E., Harrington, L.B., Da Costa, M., Tian, X., Palefsky, J.M., and Doudna, J.A. (2018). CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity. Science. 360(6387), 436-439. Published online 2018/02/17 DOI: 10.1126/science.aar6245。
Chen S-C, Olsthoorn RCL. Group-specific structural features of the 5’-proximal sequences of coronavirus genomic RNAs. Virology. 2010 May 25;401(1):29-41。
Cherry, J.D., and Krogstad, P. (2004). SARS: the first pandemic of the 21st century. Pediatr Res. 56(1), 1-5. Published online 2004/05/21 DOI: 10.1203/01.PDR.0000129184.87042.FC。
Chaisson LH, Reber C, Phan H, Switz N, Nilsson LM, Myers F, Nhung NV, Luu L, Pham T, Vu C, Nguyen H, Nguyen A, Dinh T, Nahid P, Fletcher DA, Cattamanchi A. Evaluation of mobile digital light-emitting diode fluorescence microscopy in Hanoi, Viet Nam. Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2015 Sep;19(9):1068-72。
Chu, H., Lofgren, E.T., Halloran, M.E., Kuan, P.F., Hudgens, M., and Cole, S.R. (2012). Performance of rapid influenza H1N1 diagnostic tests: a meta-analysis. Influenza Other Respir Viruses. 6(2), 80-86. Published online 2011/09/03 DOI: 10.1111/j.1750-2659.2011.00284.x。
Corman, V.M., Landt, O., Kaiser, M., Molenkamp, R., Meijer, A., Chu, D.K., Bleicker, T., Brunink, S., Schneider, J., Schmidt, M.L., et al. (2020). Detection of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) by real-time RT-PCR. Euro Surveill. 25(3). Published online 2020/01/30 DOI: 10.2807/1560-7917.ES.2020.25.3.2000045。
D’Ambrosio, M.V., Bakalar, M., Bennuru, S., Reber, C., Skandarajah, A., Nilsson, L., Switz, N., Kamgno, J., Pion, S., Boussinesq, M., et al. (2015). Point-of-care quantification of blood-borne filarial parasites with a mobile phone microscope. Sci Transl Med. 7(286), 286re284. Published online 2015/05/08 DOI: 10.1126/scitranslmed.aaa3480。
Dong, E., Du, H., and Gardner, L. (2020). An interactive web-based dashboard to track COVID-19 in real time. Lancet Infect Dis. 20(5), 533-534。
East-Seletsky, A., O’Connell, M.R., Burstein, D., Knott, G.J., and Doudna, J.A. (2017). RNA Targeting by Functionally Orthogonal Type VI-A CRISPR-Cas Enzymes. Mol Cell. 66(3), 373-383 e373。
East-Seletsky, A., O’Connell, M.R., Knight, S.C., Burstein, D., Cate, J.H., Tjian, R., and Doudna, J.A. (2016). Two distinct RNase activities of CRISPR-C2c2 enable guide-RNA processing and RNA detection. Nature. 538(7624), 270-273。
Fung, T.S., and Liu, D.X. (2019). Human Coronavirus: Host-Pathogen Interaction. https://doi.org/10.1146/annurev-micro-020518-115759. DOI: 10.1146/annurev-micro-020518-115759。
Gootenberg, J.S., Abudayyeh, O.O., Kellner, M.J., Joung, J., Collins, J.J., and Zhang, F. (2018). Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6. Science. 360(6387), 439-444。
Gootenberg, J.S., Abudayyeh, O.O., Lee, J.W., Essletzbichler, P., Dy, A.J., Joung, J., Verdine, V., Donghia, N., Daringer, N.M., Freije, C.A., et al. (2017). Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. Science. 356(6336), 438-442。
Green, D.A., and StGeorge, K. (2018). Rapid Antigen Tests for Influenza: Rationale and Significance of the FDA Reclassification. J Clin Microbiol. 56(10). Published online 2018/06/15 DOI: 10.1128/JCM.00711-18。
Gu W, Crawford ED, O’Donovan BD, Wilson MR, Chow ED, Retallack H, DeRisi JL. Depletion of Abundant Sequences by Hybridization (DASH): using Cas9 to remove unwanted high-abundance species in sequencing libraries and molecular counting applications. Genome Biol. BioMed Central; 2016 Mar 4;17(1):41。
Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, Krueger N, Herrler T, Erichsen S, Schiergens TS, Herrler G, Wu N-H, Nitsche A, Mueller MA, Drosten C, Poehlmann S. SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor. Cell. 2020 Mar 4。
Hou, T., Zeng, W., Yang, M., Chen, W., Ren, L., Ai, J., Wu, J., Liao, Y., Gou, X., Li, Y., et al. (2020). Development and evaluation of a rapid CRISPR-based diagnostic for COVID-19. PLoS Pathog. 16(8), e1008705. Published online 2020/08/28 DOI: 10.1371/journal.ppat.1008705。
Joung, J., Ladha, A., Saito, M., Segel, M., Bruneau, R., Huang, M.W., Kim, N.G., Yu, X., Li, J., Walker, B.D., et al. (2020). Point-of-care testing for COVID-19 using SHERLOCK diagnostics. medRxiv. Published online 2020/06/09 DOI: 10.1101/2020.05.04.20091231。
Kamgno J, Pion SD, Chesnais CB, Bakalar MH, D’Ambrosio MV, Mackenzie CD, Nana-Djeunga HC, Gounoue-Kamkumo R, Njitchouang G-R, Nwane P, Tchatchueng-Mbouga JB, Wanji S, Stolk WA, Fletcher DA, Klion AD, Nutman TB, Boussinesq M. A Test-and-Not-Treat Strategy for Onchocerciasis in Loa loa-Endemic Areas. N Engl J Med. 2017 Nov 23;377(21):2044-52。
Kang H, Feng M, Schroeder ME, Giedroc DP, Leibowitz JL. Putative cis-acting stem-loops in the 5’ untranslated region of the severe acute respiratory syndrome coronavirus can substitute for their mouse hepatitis virus counterparts. Journal of Virology. 2006 Nov;80(21):10600-14。
La Scola, B., Le Bideau, M., Andreani, J., Hoang, V.T., Grimaldier, C., Colson, P., Gautret, P., and Raoult, D. (2020). Viral RNA load as determined by cell culture as a management tool for discharge of SARS-CoV-2 patients from infectious disease wards. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 39(6), 1059-1061. Published online 2020/04/29 DOI: 10.1007/s10096-020-03913-9。
Larremore, D.B., Wilder, B., Lester, E., Shehata, S., Burke, J.M., Hay, J.A., Tambe, M., Mina, M.J., and Parker, R. (2020). Test sensitivity is secondary to frequency and turnaround time for COVID-19 surveillance. medRxiv. Published online 2020/07/02 DOI: 10.1101/2020.06.22.20136309。
Lavezzo, E., Franchin, E., Ciavarella, C., Cuomo-Dannenburg, G., Barzon, L., Vecchio, C.D., Rossi, L., Manganelli, R., Loregian, A., Navarin, N., et al. (2020). Suppression of a SARS-CoV-2 outbreak in the Italian municipality of Vo’. Nature. 1-5. DOI: doi:10.1038/s41586-020-2488-1。
LeDuc, J.W., and Barry, M.A. (2004). SARS, the First Pandemic of the 21st Century1. In: Emerg Infect Dis, p. e26。
Lee, S., Kim, T., Lee, E., Lee, C., Kim, H., Rhee, H., Park, S.Y., Son, H.J., Yu, S., Park, J.W., et al. (2020). Clinical Course and Molecular Viral Shedding Among Asymptomatic and Symptomatic Patients With SARS-CoV-2 Infection in a Community Treatment Center in the Republic of Korea. JAMA Intern Med. Published online 2020/08/12 DOI: 10.1001/jamainternmed.2020.3862。
Lin R, Skandarajah A, Gerver RE, Neira HD, Fletcher DA, Herr AE. A lateral electrophoretic flow diagnostic assay. Lab Chip. The Royal Society of Chemistry; 2015 Mar 21;15(6):1488-96。
Manfredonia, I., Nithin, C., Ponce-Salvatierra, A., Ghosh, P., Wirecki, T.K., Marinus, T., Ogando, N.S., Snider, E.J., Hemert, M.J.v., Bujnicki, J.M., et al. (2020). Genome-wide mapping of therapeutically-relevant SARS-CoV-2 RNA structures. DOI: 10.1101/2020.06.15.151647。
Myhrvold, C., Freije, C.A., Gootenberg, J.S., Abudayyeh, O.O., Metsky, H.C., Durbin, A.F., Kellner, M.J., Tan, A.L., Paul, L.M., Parham, L.A., et al. (2018). Field-deployable viral diagnostics using CRISPR-Cas13. Science. 360(6387), 444-448. Published online 2018/04/28 DOI: 10.1126/science.aas8836。
Osorio, N.S., and Correia-Neves, M. (2020). Implication of SARS-CoV-2 evolution in the sensitivity of RT-qPCR diagnostic assays. Lancet Infect Dis. Published online 2020/06/01 DOI: 10.1016/S1473-3099(20)30435-7。
Quicke, K., Gallichote, E., Sexton, N., Young, M., Janich, A., Gahm, G., Carlton, E.J., Ehrhart, N., and Ebel, G.D. (2020). Longitudinal Surveillance for SARS-CoV-2 RNA Among Asymptomatic Staff in Five Colorado Skilled Nursing Facilities: Epidemiologic, Virologic and Sequence Analysis. medRxiv. Published online 2020/06/25 DOI: 10.1101/2020.06.08.20125989。
Richard, M., Kok, A., de Meulder, D., Bestebroer, T.M., Lamers, M.M., Okba, N.M.A., Fentener van Vlissingen, M., Rockx, B., Haagmans, B.L., Koopmans, M.P.G., et al. (2020). SARS-CoV-2 is transmitted via contact and via the air between ferrets. Nat Commun. 11(1), 3496. Published online 2020/07/10 DOI: 10.1038/s41467-020-17367-2。
Sanders, W., Fritch, E.J., Madden, E.A., Graham, R.L., Vincent, H.A., Heise, M.T., Baric, R.S., and Moorman, N.J. (2020). Comparative analysis of coronavirus genomic RNA structure reveals conservation in SARS-like coronaviruses. bioRxiv. Published online 2020/06/27 DOI: 10.1101/2020.06.15.153197。
Sharfstein JM, Becker SJ, Mello MM. Diagnostic Testing for the Novel Coronavirus. JAMA. 2020 Mar 9。
Skandarajah A, Reber CD, Switz NA, Fletcher DA. Quantitative imaging with a mobile phone microscope. PLoS ONE. 2014;9(5):e96906。
Smith ZJ, Chu K, Espenson AR, Rahimzadeh M, Gryshuk A, Molinaro M, Dwyre DM, Lane S, Matthews D, Wachsmann-Hogiu S. Cell-phone-based platform for biomedical device development and education applications. PLoS ONE. 2011 Mar 2;6(3):e17150。
Smith, A.M., and Perelson, A.S. (2011). Influenza A virus infection kinetics: quantitative data and models. Wiley Interdiscip Rev Syst Biol Med. 3(4), 429-445. Published online 2011/01/05 DOI: 10.1002/wsbm.129。
Vanaerschot, M., Mann, S.A., Webber, J.T., Kamm, J., Bell, S.M., Bell, J., Hong, S.N., Nguyen, M.P., Chan, L.Y., Bhatt, K.D., et al. (2020). Identification of a polymorphism in the N gene of SARS-CoV-2 that adversely impacts detection by a widely-used RT-PCR assay. bioRxiv。
Vogels, C.B.F., Brito, A.F., Wyllie, A.L., Fauver, J.R., Ott, I.M., Kalinich, C.C., Petrone, M.E., Casanovas-Massana, A., Muenker, M.C., Moore, A.J., et al. (2020). Analytical sensitivity and efficiency comparisons of SARS-CoV-2 RT-qPCR primer-probe sets. Nature Microbiology. 1-7. DOI: doi:10.1038/s41564-020-0761-6。
Wang, C., Horby, P.W., Hayden, F.G., and Gao, G.F. (2020). A novel coronavirus outbreak of global health concern. Lancet. 395(10223), 470-473. Published online 2020/01/28 DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30185-9。
Wang, W., Xu, Y., Gao, R., Lu, R., Han, K., Wu, G., and Tan, W. (2020). Detection of SARS-CoV-2 in Different Types of Clinical Specimens. JAMA. Published online 2020/03/12 DOI: 10.1001/jama.2020.3786。
Wang D, Hu B, Hu C, Zhu F, Liu X, Zhang J, Wang B, Xiang H, Cheng Z, Xiong Y, Zhao Y, Li Y, Wang X, Peng Z. Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus-Infected Pneumonia in Wuhan, China. JAMA. 2020 Feb 7。
Walls AC, Park Y-J, Tortorici MA, Wall A, McGuire AT, Veesler D. Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein. Cell. (Mar. 6, 2020)。
Wiersinga, W.J., Division of Infectious Diseases, D.o.M., Amsterdam UMC, location AMC, University of Amsterdam, Amsterdam, the Netherlands, Center for Experimental and Molecular Medicine (CEMM), A.U., location AMC, University of Amsterdam, Amsterdam, the Netherlands, Rhodes, A., Department of Intensive Care Medicine, S.G.s.U.H.F.T., London, United Kingdom, Cheng, A.C., Infection Prevention and Healthcare Epidemiology Unit, A.H., Melbourne, Australia, School of Public Health and Preventive Medicine, M.U., Monash University, Melbourne, Australia, Peacock, S.J., National Infection Service, P.H.E., London, United Kingdom, et al. (2020). Pathophysiology, Transmission, Diagnosis, and Treatment of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19): A Review. JAMA. 324(8), 782-793. DOI: 10.1001/jama.2020.12839。
Wolfel, R., Corman, V.M., Guggemos, W., Seilmaier, M., Zange, S., Muller, M.A., Niemeyer, D., Jones, T.C., Vollmar, P., Rothe, C., et al. (2020). Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019. Nature. 581(7809), 465-469。
Woelfel R, Corman VM, Guggemos W, Seilmaier M, Zange S, Mueller MA, Niemeyer D, Vollmar P, Rothe C, Hoelscher M, Bleicker T, Bruenink S, Schneider J, Ehmann R, Zwirglmaier K, Drosten C, Wendtner C. Clinical presentation and virological assessment of hospitalized cases of coronavirus disease 2019 in a travel-associated transmission cluster. medRxiv. Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2020 Mar 5:1-16。
Wood, C.S., Thomas, M.R., Budd, J., Mashamba-Thompson, T.P., Herbst, K., Pillay, D., Peeling, R.W., Johnson, A.M., McKendry, R.A., and Stevens, M.M. (2019). Taking connected mobile-health diagnostics of infectious diseases to the field. Nature. 566(7745), 467-474. Published online 2019/03/01 DOI: 10.1038/s41586-019-0956-2。
Wu Z, McGoogan JM. Characteristics of and Important Lessons From the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Outbreak in China: Summary of a Report of 72314 Cases From the Chinese Center for Disease Control and Prevention. JAMA. 2020 Feb 24。
Yan R, Zhang Y, Li Y, Xia L, Guo Y, Zhou Q. Structural basis for the recognition of the SARS-CoV-2 by full-length human ACE2. Science. 2020 Mar 4;:eabb2762。
Yang D, Leibowitz JL. The structure and functions of coronavirus genomic 3’ and 5’ ends. Virus Research. 2015 Aug 3;206:120-33。
Young BE, Ong SWX, Kalimuddin S, Low JG, Tan SY, Loh J, Ng OT, Marimuthu K, Ang LW, Mak TM, Lau SK, Anderson DE, Chan KS, Tan TY, Ng TY, Cui L, Said Z, Kurupatham L, Chen MI-C, Chan M, Vasoo S, Wang L-F, Tan BH, Lin RTP, Lee VJM, Leo YS, Lye DC, for the Singapore 2019 Novel Coronavirus Outbreak Research Team. Epidemiologic Features and Clinical Course of Patients Infected With SARS-CoV-2 in Singapore. JAMA. 2020 Mar 3;:1-7。
Zappa, A., Amendola, A., Romano, L., and Zanetti, A. (2009). Emerging and re-emerging viruses in the era of globalisation. Blood Transfus. 7(3), 167-171. Published online 2009/08/07 DOI: 10.2450/2009.0076-08。
Zetsche, B., Gootenberg, J.S., Abudayyeh, O.O., Slaymaker, I.M., Makarova, K.S., Essletzbichler, P., Volz, S.E., Joung, J., van der Oost, J., Regev, A., et al. (2015). Cpf1 is a single RNA-guided endonuclease of a class 2 CRISPR-Cas system. Cell. 163(3), 759-771. Published online 2015/10/01 DOI: 10.1016/j.cell.2015.09.038。
Zhang F, Abudayyeh OO, Jonathan SG. A protocol for detection of COVID-19 using CRISPR diagnostics。
Zhu, N., Zhang, D., Wang, W., Li, X., Yang, B., Song, J., Zhao, X., Huang, B., Shi, W., Lu, R., et al. (2020). A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med. 382(8), 727-733. Published online 2020/01/25 DOI: 10.1056/NEJMoa2001017。
Zou L, Ruan F, Huang M, Liang L, Huang H, Hong Z, Yu J, Kang M, Song Y, Xia J, Guo Q, Song T, He J, Yen H-L, Peiris M, Wu J. SARS-CoV-2 Viral Load in Upper Respiratory Specimens of Infected Patients. N Engl J Med. 2020 Feb 19。
Abudayyeh OO, Gootenberg JS, Essletzbichler P, Han S, Joung J, Belanto JJ, Verdine V, Cox DBT, Kellner MJ, Regev A, Lander ES, Voytas DF, Ting AY, Zhang F. RNA targeting with CRISPR-Cas13. Nature. Nature Publishing Group; 2017 Oct 12;550(7675):280-4。
Abudayyeh, O.O., Gootenberg, J.S., Konermann, S., Joung, J., Slaymaker, I.M., Cox, D.B., Shmakov, S., Makarova, K.S., Semenova, E., Minakhin, L., et al. (2016). C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector. Science. 353(6299): 353, aaf5573。
Alexandersen, S., Chamings, A., and Bhatta, T.R. (2020). SARS-CoV-2 genomic and subgenomic RNAs in diagnostic samples are not an indicator of active replication. medRxiv。
Arizti-Sanz, J., Freije, C.A., Stanton, A.C., Boehm, C.K., Petros, B.A., Siddiqui, S., Shaw, B.M., Adams, G., Kosoko-Thoroddsen, T.F., Kemball, M.E., et al. (2020). Integrated sample inactivation, amplification, and Cas13-based detection of SARS-CoV-2. bioRxiv。
Babin, S.M., Hsieh, Y.H., Rothman, R.E., and Gaydos, C.A. (2011). A meta-analysis of point-of-care laboratory tests in the diagnosis of novel 2009 swine-lineage pandemic influenza A (H1N1). Diagn Microbiol Infect Dis. 69(4), 410-418。
Bai, Y., Yao, L., Wei, T., Tian, F., Jin, D.Y., Chen, L., and Wang, M. (2020). Presumed Asymptomatic Carrier Transmission of COVID-19. JAMA. Published online 2020/02/23 DOI: 10.1001/jama.2020.2565。
Berg B, Cortazar B, Tseng D, Ozkan H, Feng S, Wei Q, Chan RY-L, Burbano J, Farooqui Q, Lewinski M, Di Carlo D, Garner OB, Ozcan A. Cellphone-Based Hand-Held Microplate Reader for Point-of-Care Testing of Enzyme-Linked Immunosorbent Assays. ACS Nano. 2015 Aug 25;9(8):7857-66。
Breslauer DN, Maamari RN, Switz NA, Lam WA, Fletcher DA. Mobile phone based clinical microscopy for global health applications. PLoS ONE. 2009 Jul 22;4(7):e6320。
Brian DA, Baric RS. Coronavirus genome structure and replication. Curr. Top. Microbiol. Immunol. Fourth Edition. Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag; 2005;287(Suppl):1-30。
Broughton, J.P., Deng, X., Yu, G., Fasching, C.L., Servellita, V., Singh, J., Miao, X., Streithorst, J.A., Granados, A., Sotomayor-Gonzalez, A., et al. (2020). CRISPR-Cas12-based detection of SARS-CoV-2. Nature Biotechnology. 38(7), 870-874. DOI: doi:10.1038/s41587-020-0513-4。
Broughton JP, Deng X, Yu G, Fasching CL, medRxiv JS, 2020. Rapid Detection of 2019 Novel Coronavirus SARS-CoV-2 Using a CRISPR-based DETECTR Lateral Flow Assay. medrxiv.org。
Chan, J.F., Yuan, S., Kok, K.H., To, K.K., Chu, H., Yang, J., Xing, F., Liu, J., Yip, C.C., Poon, R.W., et al. (2020). A familial cluster of pneumonia associated with the 2019 novel coronavirus indicating person-to-person transmission: a study of a family cluster. Lancet. 395(10223), 514-523. Published online 2020/01/28 DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30154-9。
Chartrand, C., Leeflang, M.M., Minion, J., Brewer, T., and Pai, M. (2012). Accuracy of rapid influenza diagnostic tests: a meta-analysis. Ann Intern Med. 156(7), 500-511. Published online 2012/03/01 DOI: 10.7326/0003-4819-156-7-201204030-00403。
Chen, J.S., Ma, E., Harrington, L.B., Da Costa, M., Tian, X., Palefsky, J.M., and Doudna, J.A. (2018). CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity. Science. 360(6387), 436-439. Published online 2018/02/17 DOI: 10.1126/science.aar6245。
Chen S-C, Olsthoorn RCL. Group-specific structural features of the 5’-proximal sequences of coronavirus genomic RNAs. Virology. 2010 May 25;401(1):29-41。
Cherry, J.D., and Krogstad, P. (2004). SARS: the first pandemic of the 21st century. Pediatr Res. 56(1), 1-5. Published online 2004/05/21 DOI: 10.1203/01.PDR.0000129184.87042.FC。
Chaisson LH, Reber C, Phan H, Switz N, Nilsson LM, Myers F, Nhung NV, Luu L, Pham T, Vu C, Nguyen H, Nguyen A, Dinh T, Nahid P, Fletcher DA, Cattamanchi A. Evaluation of mobile digital light-emitting diode fluorescence microscopy in Hanoi, Viet Nam. Int. J. Tuberc. Lung Dis. 2015 Sep;19(9):1068-72。
Chu, H., Lofgren, E.T., Halloran, M.E., Kuan, P.F., Hudgens, M., and Cole, S.R. (2012). Performance of rapid influenza H1N1 diagnostic tests: a meta-analysis. Influenza Other Respir Viruses. 6(2), 80-86. Published online 2011/09/03 DOI: 10.1111/j.1750-2659.2011.00284.x。
Corman, V.M., Landt, O., Kaiser, M., Molenkamp, R., Meijer, A., Chu, D.K., Bleicker, T., Brunink, S., Schneider, J., Schmidt, M.L., et al. (2020). Detection of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) by real-time RT-PCR. Euro Surveill. 25(3). Published online 2020/01/30 DOI: 10.2807/1560-7917.ES.2020.25.3.2000045。
D’Ambrosio, M.V., Bakalar, M., Bennuru, S., Reber, C., Skandarajah, A., Nilsson, L., Switz, N., Kamgno, J., Pion, S., Boussinesq, M., et al. (2015). Point-of-care quantification of blood-borne filarial parasites with a mobile phone microscope. Sci Transl Med. 7(286), 286re284. Published online 2015/05/08 DOI: 10.1126/scitranslmed.aaa3480。
Dong, E., Du, H., and Gardner, L. (2020). An interactive web-based dashboard to track COVID-19 in real time. Lancet Infect Dis. 20(5), 533-534。
East-Seletsky, A., O’Connell, M.R., Burstein, D., Knott, G.J., and Doudna, J.A. (2017). RNA Targeting by Functionally Orthogonal Type VI-A CRISPR-Cas Enzymes. Mol Cell. 66(3), 373-383 e373。
East-Seletsky, A., O’Connell, M.R., Knight, S.C., Burstein, D., Cate, J.H., Tjian, R., and Doudna, J.A. (2016). Two distinct RNase activities of CRISPR-C2c2 enable guide-RNA processing and RNA detection. Nature. 538(7624), 270-273。
Fung, T.S., and Liu, D.X. (2019). Human Coronavirus: Host-Pathogen Interaction. https://doi.org/10.1146/annurev-micro-020518-115759. DOI: 10.1146/annurev-micro-020518-115759。
Gootenberg, J.S., Abudayyeh, O.O., Kellner, M.J., Joung, J., Collins, J.J., and Zhang, F. (2018). Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6. Science. 360(6387), 439-444。
Gootenberg, J.S., Abudayyeh, O.O., Lee, J.W., Essletzbichler, P., Dy, A.J., Joung, J., Verdine, V., Donghia, N., Daringer, N.M., Freije, C.A., et al. (2017). Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. Science. 356(6336), 438-442。
Green, D.A., and StGeorge, K. (2018). Rapid Antigen Tests for Influenza: Rationale and Significance of the FDA Reclassification. J Clin Microbiol. 56(10). Published online 2018/06/15 DOI: 10.1128/JCM.00711-18。
Gu W, Crawford ED, O’Donovan BD, Wilson MR, Chow ED, Retallack H, DeRisi JL. Depletion of Abundant Sequences by Hybridization (DASH): using Cas9 to remove unwanted high-abundance species in sequencing libraries and molecular counting applications. Genome Biol. BioMed Central; 2016 Mar 4;17(1):41。
Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, Krueger N, Herrler T, Erichsen S, Schiergens TS, Herrler G, Wu N-H, Nitsche A, Mueller MA, Drosten C, Poehlmann S. SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor. Cell. 2020 Mar 4。
Hou, T., Zeng, W., Yang, M., Chen, W., Ren, L., Ai, J., Wu, J., Liao, Y., Gou, X., Li, Y., et al. (2020). Development and evaluation of a rapid CRISPR-based diagnostic for COVID-19. PLoS Pathog. 16(8), e1008705. Published online 2020/08/28 DOI: 10.1371/journal.ppat.1008705。
Joung, J., Ladha, A., Saito, M., Segel, M., Bruneau, R., Huang, M.W., Kim, N.G., Yu, X., Li, J., Walker, B.D., et al. (2020). Point-of-care testing for COVID-19 using SHERLOCK diagnostics. medRxiv. Published online 2020/06/09 DOI: 10.1101/2020.05.04.20091231。
Kamgno J, Pion SD, Chesnais CB, Bakalar MH, D’Ambrosio MV, Mackenzie CD, Nana-Djeunga HC, Gounoue-Kamkumo R, Njitchouang G-R, Nwane P, Tchatchueng-Mbouga JB, Wanji S, Stolk WA, Fletcher DA, Klion AD, Nutman TB, Boussinesq M. A Test-and-Not-Treat Strategy for Onchocerciasis in Loa loa-Endemic Areas. N Engl J Med. 2017 Nov 23;377(21):2044-52。
Kang H, Feng M, Schroeder ME, Giedroc DP, Leibowitz JL. Putative cis-acting stem-loops in the 5’ untranslated region of the severe acute respiratory syndrome coronavirus can substitute for their mouse hepatitis virus counterparts. Journal of Virology. 2006 Nov;80(21):10600-14。
La Scola, B., Le Bideau, M., Andreani, J., Hoang, V.T., Grimaldier, C., Colson, P., Gautret, P., and Raoult, D. (2020). Viral RNA load as determined by cell culture as a management tool for discharge of SARS-CoV-2 patients from infectious disease wards. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 39(6), 1059-1061. Published online 2020/04/29 DOI: 10.1007/s10096-020-03913-9。
Larremore, D.B., Wilder, B., Lester, E., Shehata, S., Burke, J.M., Hay, J.A., Tambe, M., Mina, M.J., and Parker, R. (2020). Test sensitivity is secondary to frequency and turnaround time for COVID-19 surveillance. medRxiv. Published online 2020/07/02 DOI: 10.1101/2020.06.22.20136309。
Lavezzo, E., Franchin, E., Ciavarella, C., Cuomo-Dannenburg, G., Barzon, L., Vecchio, C.D., Rossi, L., Manganelli, R., Loregian, A., Navarin, N., et al. (2020). Suppression of a SARS-CoV-2 outbreak in the Italian municipality of Vo’. Nature. 1-5. DOI: doi:10.1038/s41586-020-2488-1。
LeDuc, J.W., and Barry, M.A. (2004). SARS, the First Pandemic of the 21st Century1. In: Emerg Infect Dis, p. e26。
Lee, S., Kim, T., Lee, E., Lee, C., Kim, H., Rhee, H., Park, S.Y., Son, H.J., Yu, S., Park, J.W., et al. (2020). Clinical Course and Molecular Viral Shedding Among Asymptomatic and Symptomatic Patients With SARS-CoV-2 Infection in a Community Treatment Center in the Republic of Korea. JAMA Intern Med. Published online 2020/08/12 DOI: 10.1001/jamainternmed.2020.3862。
Lin R, Skandarajah A, Gerver RE, Neira HD, Fletcher DA, Herr AE. A lateral electrophoretic flow diagnostic assay. Lab Chip. The Royal Society of Chemistry; 2015 Mar 21;15(6):1488-96。
Manfredonia, I., Nithin, C., Ponce-Salvatierra, A., Ghosh, P., Wirecki, T.K., Marinus, T., Ogando, N.S., Snider, E.J., Hemert, M.J.v., Bujnicki, J.M., et al. (2020). Genome-wide mapping of therapeutically-relevant SARS-CoV-2 RNA structures. DOI: 10.1101/2020.06.15.151647。
Myhrvold, C., Freije, C.A., Gootenberg, J.S., Abudayyeh, O.O., Metsky, H.C., Durbin, A.F., Kellner, M.J., Tan, A.L., Paul, L.M., Parham, L.A., et al. (2018). Field-deployable viral diagnostics using CRISPR-Cas13. Science. 360(6387), 444-448. Published online 2018/04/28 DOI: 10.1126/science.aas8836。
Osorio, N.S., and Correia-Neves, M. (2020). Implication of SARS-CoV-2 evolution in the sensitivity of RT-qPCR diagnostic assays. Lancet Infect Dis. Published online 2020/06/01 DOI: 10.1016/S1473-3099(20)30435-7。
Quicke, K., Gallichote, E., Sexton, N., Young, M., Janich, A., Gahm, G., Carlton, E.J., Ehrhart, N., and Ebel, G.D. (2020). Longitudinal Surveillance for SARS-CoV-2 RNA Among Asymptomatic Staff in Five Colorado Skilled Nursing Facilities: Epidemiologic, Virologic and Sequence Analysis. medRxiv. Published online 2020/06/25 DOI: 10.1101/2020.06.08.20125989。
Richard, M., Kok, A., de Meulder, D., Bestebroer, T.M., Lamers, M.M., Okba, N.M.A., Fentener van Vlissingen, M., Rockx, B., Haagmans, B.L., Koopmans, M.P.G., et al. (2020). SARS-CoV-2 is transmitted via contact and via the air between ferrets. Nat Commun. 11(1), 3496. Published online 2020/07/10 DOI: 10.1038/s41467-020-17367-2。
Sanders, W., Fritch, E.J., Madden, E.A., Graham, R.L., Vincent, H.A., Heise, M.T., Baric, R.S., and Moorman, N.J. (2020). Comparative analysis of coronavirus genomic RNA structure reveals conservation in SARS-like coronaviruses. bioRxiv. Published online 2020/06/27 DOI: 10.1101/2020.06.15.153197。
Sharfstein JM, Becker SJ, Mello MM. Diagnostic Testing for the Novel Coronavirus. JAMA. 2020 Mar 9。
Skandarajah A, Reber CD, Switz NA, Fletcher DA. Quantitative imaging with a mobile phone microscope. PLoS ONE. 2014;9(5):e96906。
Smith ZJ, Chu K, Espenson AR, Rahimzadeh M, Gryshuk A, Molinaro M, Dwyre DM, Lane S, Matthews D, Wachsmann-Hogiu S. Cell-phone-based platform for biomedical device development and education applications. PLoS ONE. 2011 Mar 2;6(3):e17150。
Smith, A.M., and Perelson, A.S. (2011). Influenza A virus infection kinetics: quantitative data and models. Wiley Interdiscip Rev Syst Biol Med. 3(4), 429-445. Published online 2011/01/05 DOI: 10.1002/wsbm.129。
Vanaerschot, M., Mann, S.A., Webber, J.T., Kamm, J., Bell, S.M., Bell, J., Hong, S.N., Nguyen, M.P., Chan, L.Y., Bhatt, K.D., et al. (2020). Identification of a polymorphism in the N gene of SARS-CoV-2 that adversely impacts detection by a widely-used RT-PCR assay. bioRxiv。
Vogels, C.B.F., Brito, A.F., Wyllie, A.L., Fauver, J.R., Ott, I.M., Kalinich, C.C., Petrone, M.E., Casanovas-Massana, A., Muenker, M.C., Moore, A.J., et al. (2020). Analytical sensitivity and efficiency comparisons of SARS-CoV-2 RT-qPCR primer-probe sets. Nature Microbiology. 1-7. DOI: doi:10.1038/s41564-020-0761-6。
Wang, C., Horby, P.W., Hayden, F.G., and Gao, G.F. (2020). A novel coronavirus outbreak of global health concern. Lancet. 395(10223), 470-473. Published online 2020/01/28 DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30185-9。
Wang, W., Xu, Y., Gao, R., Lu, R., Han, K., Wu, G., and Tan, W. (2020). Detection of SARS-CoV-2 in Different Types of Clinical Specimens. JAMA. Published online 2020/03/12 DOI: 10.1001/jama.2020.3786。
Wang D, Hu B, Hu C, Zhu F, Liu X, Zhang J, Wang B, Xiang H, Cheng Z, Xiong Y, Zhao Y, Li Y, Wang X, Peng Z. Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus-Infected Pneumonia in Wuhan, China. JAMA. 2020 Feb 7。
Walls AC, Park Y-J, Tortorici MA, Wall A, McGuire AT, Veesler D. Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein. Cell. (Mar. 6, 2020)。
Wiersinga, W.J., Division of Infectious Diseases, D.o.M., Amsterdam UMC, location AMC, University of Amsterdam, Amsterdam, the Netherlands, Center for Experimental and Molecular Medicine (CEMM), A.U., location AMC, University of Amsterdam, Amsterdam, the Netherlands, Rhodes, A., Department of Intensive Care Medicine, S.G.s.U.H.F.T., London, United Kingdom, Cheng, A.C., Infection Prevention and Healthcare Epidemiology Unit, A.H., Melbourne, Australia, School of Public Health and Preventive Medicine, M.U., Monash University, Melbourne, Australia, Peacock, S.J., National Infection Service, P.H.E., London, United Kingdom, et al. (2020). Pathophysiology, Transmission, Diagnosis, and Treatment of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19): A Review. JAMA. 324(8), 782-793. DOI: 10.1001/jama.2020.12839。
Wolfel, R., Corman, V.M., Guggemos, W., Seilmaier, M., Zange, S., Muller, M.A., Niemeyer, D., Jones, T.C., Vollmar, P., Rothe, C., et al. (2020). Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019. Nature. 581(7809), 465-469。
Woelfel R, Corman VM, Guggemos W, Seilmaier M, Zange S, Mueller MA, Niemeyer D, Vollmar P, Rothe C, Hoelscher M, Bleicker T, Bruenink S, Schneider J, Ehmann R, Zwirglmaier K, Drosten C, Wendtner C. Clinical presentation and virological assessment of hospitalized cases of coronavirus disease 2019 in a travel-associated transmission cluster. medRxiv. Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2020 Mar 5:1-16。
Wood, C.S., Thomas, M.R., Budd, J., Mashamba-Thompson, T.P., Herbst, K., Pillay, D., Peeling, R.W., Johnson, A.M., McKendry, R.A., and Stevens, M.M. (2019). Taking connected mobile-health diagnostics of infectious diseases to the field. Nature. 566(7745), 467-474. Published online 2019/03/01 DOI: 10.1038/s41586-019-0956-2。
Wu Z, McGoogan JM. Characteristics of and Important Lessons From the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Outbreak in China: Summary of a Report of 72314 Cases From the Chinese Center for Disease Control and Prevention. JAMA. 2020 Feb 24。
Yan R, Zhang Y, Li Y, Xia L, Guo Y, Zhou Q. Structural basis for the recognition of the SARS-CoV-2 by full-length human ACE2. Science. 2020 Mar 4;:eabb2762。
Yang D, Leibowitz JL. The structure and functions of coronavirus genomic 3’ and 5’ ends. Virus Research. 2015 Aug 3;206:120-33。
Young BE, Ong SWX, Kalimuddin S, Low JG, Tan SY, Loh J, Ng OT, Marimuthu K, Ang LW, Mak TM, Lau SK, Anderson DE, Chan KS, Tan TY, Ng TY, Cui L, Said Z, Kurupatham L, Chen MI-C, Chan M, Vasoo S, Wang L-F, Tan BH, Lin RTP, Lee VJM, Leo YS, Lye DC, for the Singapore 2019 Novel Coronavirus Outbreak Research Team. Epidemiologic Features and Clinical Course of Patients Infected With SARS-CoV-2 in Singapore. JAMA. 2020 Mar 3;:1-7。
Zappa, A., Amendola, A., Romano, L., and Zanetti, A. (2009). Emerging and re-emerging viruses in the era of globalisation. Blood Transfus. 7(3), 167-171. Published online 2009/08/07 DOI: 10.2450/2009.0076-08。
Zetsche, B., Gootenberg, J.S., Abudayyeh, O.O., Slaymaker, I.M., Makarova, K.S., Essletzbichler, P., Volz, S.E., Joung, J., van der Oost, J., Regev, A., et al. (2015). Cpf1 is a single RNA-guided endonuclease of a class 2 CRISPR-Cas system. Cell. 163(3), 759-771. Published online 2015/10/01 DOI: 10.1016/j.cell.2015.09.038。
Zhang F, Abudayyeh OO, Jonathan SG. A protocol for detection of COVID-19 using CRISPR diagnostics。
Zhu, N., Zhang, D., Wang, W., Li, X., Yang, B., Song, J., Zhao, X., Huang, B., Shi, W., Lu, R., et al. (2020). A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med. 382(8), 727-733. Published online 2020/01/25 DOI: 10.1056/NEJMoa2001017。
Zou L, Ruan F, Huang M, Liang L, Huang H, Hong Z, Yu J, Kang M, Song Y, Xia J, Guo Q, Song T, He J, Yen H-L, Peiris M, Wu J. SARS-CoV-2 Viral Load in Upper Respiratory Specimens of Infected Patients. N Engl J Med. 2020 Feb 19。
本明細書で言及されるすべての刊行物、特許出願、特許および他の参考文献は、あたかも個別の参照によって本明細書に組み込まれるのと同じ範囲で、それらの全体が明示的に本明細書に援用される。矛盾する場合は、定義を含めて本明細書が優先する。
以下の付記は、本明細書に記載される本発明の核酸および方法の幾つかの態様の要約を提供する。
付記:
1. (a)RNAを含有することが疑われるサンプルを、Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、およびレポータRNAと、少なくとも1つのRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、ならびに
(b)任意のRNA切断産物レベルをディテクターで検出する工程
を含む、SARS-CoV-2感染の存在または不存在を診断するための方法。
付記:
1. (a)RNAを含有することが疑われるサンプルを、Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、およびレポータRNAと、少なくとも1つのRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、ならびに
(b)任意のRNA切断産物レベルをディテクターで検出する工程
を含む、SARS-CoV-2感染の存在または不存在を診断するための方法。
2. RNAを含有することが疑われる前記サンプルが、溶解した生体サンプルである、陳述1に記載の方法。
3. RNAを含有することが疑われる前記サンプルが、溶解した生体サンプルから抽出されたRNAである、陳述1または2に記載の方法。
3. RNAを含有することが疑われる前記サンプルが、溶解した生体サンプルから抽出されたRNAである、陳述1または2に記載の方法。
4. リボヌクレオタンパク質(RNP)複合体を形成するためにCas13タンパク質および少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)がプレインキュベートされ、また、RNAを含有することが疑われる前記サンプルが該リボヌクレオタンパク質複合体に添加される、陳述1~3のいずれか1項に記載の方法。
5. 前記レポータRNAの切断によって、光シグナル(例えば、蛍光または検出可能な色素)、電子的シグナル、電気化学的シグナル、静電気的シグナル、立体的シグナル、ファンデルワールス相互作用シグナル、水和シグナル、共鳴周波数シフトシグナル、またはこれらの組み合わせが生じる、陳述1~4のいずれか1項に記載の方法。
6. 前記レポータRNAが固体表面に付着している、陳述1~5のいずれか1項に記載の方法。
7. 前記レポータRNAが固体表面に付着していない(例えば、固体表面に共有結合していない)、陳述1~5のいずれか1項に記載の方法。
7. 前記レポータRNAが固体表面に付着していない(例えば、固体表面に共有結合していない)、陳述1~5のいずれか1項に記載の方法。
8. 前記レポータRNAのレポータが、少なくとも1つのフルオロフォアおよび少なくとも1つの蛍光クエンチャーを含む、陳述1~7のいずれか1項に記載の方法。
9. 少なくとも1つのフルオロフォアが、アレクサ(Alexa)430、STAR 520、ブリリアントバイオレット510、ブリリアントバイオレット605、ブリリアントバイオレット610、またはこれらの組み合わせである、陳述8に記載の方法。
9. 少なくとも1つのフルオロフォアが、アレクサ(Alexa)430、STAR 520、ブリリアントバイオレット510、ブリリアントバイオレット605、ブリリアントバイオレット610、またはこれらの組み合わせである、陳述8に記載の方法。
10. RNAを含有することが疑われる前記サンプル中のRNAおよび/または前記SARS-CoV-2 RNA切断産物が増幅されない、陳述1~9のいずれか1項に記載の方法。
11. RNAを含有することが疑われる前記サンプル中のRNAおよび/または前記SARS-CoV-2 RNA切断産物が、RNA依存性RNAポリメラーゼ、Qβレプリカーゼ、SARS-CoV2ポリメラーゼ、またはこれらの組み合わせを使用して増幅される、陳述1~9のいずれか1項に記載の方法。
12. RNAを含有することが疑われる前記サンプルをインキュベートする工程の前に、Cas13タンパク質および少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)を各々が含むウェルを含むアレイにおいて行われる、陳述1~11のいずれか1項に記載の方法。
13. 液滴アッセイにおいて行われる、陳述1~12のいずれか1項に記載の方法。
14. RNAを含有することが疑われる前記サンプルが、唾液、喀痰、粘液、鼻咽頭材料、血液、血清、血漿、尿、吸引液、生検組織、またはこれらの組み合わせである、陳述1~13のいずれか1項に記載の方法。
14. RNAを含有することが疑われる前記サンプルが、唾液、喀痰、粘液、鼻咽頭材料、血液、血清、血漿、尿、吸引液、生検組織、またはこれらの組み合わせである、陳述1~13のいずれか1項に記載の方法。
15. 前記ディテクターが、光ディテクター、蛍光ディテクター、カラーフィルタ、電子的ディテクター、電気化学的シグナルディテクター、静電気的シグナルディテクター、立体的シグナルディテクター、ファンデルワールス相互作用シグナルディテクター、水和シグナルディテクター、共鳴周波数シフトシグナルディテクター、または組み合わせを含む、陳述1~14のいずれか1項に記載の方法。
16. 前記ディテクターが蛍光ディテクターである、陳述1~15のいずれか1項に記載の方法。
17. 前記ディテクターが、短鎖クエンチ型蛍光RNAディテクター、または全反射照明蛍光(TIRF)ディテクターである、陳述1~16のいずれか1項に記載の方法。
17. 前記ディテクターが、短鎖クエンチ型蛍光RNAディテクター、または全反射照明蛍光(TIRF)ディテクターである、陳述1~16のいずれか1項に記載の方法。
18. 前記ディテクターが可動装置である、陳述1~17のいずれか1項に記載の方法。
19. 前記サンプルにおけるSARS-CoV-2の存在または不存在を、RNAを含有することが疑われる前記サンプルを提供した対象に、1人または複数人の医療関係者に、1つまたは複数の政府当局に、データベースに、またはこれらの組み合わせに報告する工程をさらに含む、陳述1~18のいずれか1項に記載の方法。
19. 前記サンプルにおけるSARS-CoV-2の存在または不存在を、RNAを含有することが疑われる前記サンプルを提供した対象に、1人または複数人の医療関係者に、1つまたは複数の政府当局に、データベースに、またはこれらの組み合わせに報告する工程をさらに含む、陳述1~18のいずれか1項に記載の方法。
20. RNAを含有することが疑われる前記サンプルを提供した前記対象の位置を、1人または複数人の医療関係者に、1つまたは複数の政府当局に、データベースに、またはこれらの組み合わせに報告する工程をさらに含む、陳述1~19のいずれか1項に記載の方法。
21. 前記crRNAの少なくとも1つが、SARS-CoV-2のRNAに相補的なセグメントを含む、陳述1~20のいずれか1項に記載の方法。
22. 前記crRNAの少なくとも1つが、SARS-CoV-2のRNAに相補的でないセグメントを含む、陳述1~21のいずれか1項に記載の方法。
22. 前記crRNAの少なくとも1つが、SARS-CoV-2のRNAに相補的でないセグメントを含む、陳述1~21のいずれか1項に記載の方法。
23. 前記crRNAの少なくとも1つが、SARS-CoV-2のRNAに相補的なセグメントおよびスペーサ配列を含む、陳述1~22のいずれか1項に記載の方法。
24. 前記少なくとも1つのcrRNAが、配列番号1~35のいずれか1つを含む、陳述1~23のいずれか1項に記載の方法。
24. 前記少なくとも1つのcrRNAが、配列番号1~35のいずれか1つを含む、陳述1~23のいずれか1項に記載の方法。
25. 前記少なくとも1つのcrRNAが、配列番号2、3、4、7、8、9、14、23、またはこれらの組み合わせのいずれかに対応する配列を有するセグメントであるか、またはこれを有する、陳述1~24のいずれか1項に記載の方法。
26. 前記少なくとも1つのcrRNAが、配列番号27~34のいずれかに対応する配列を有するセグメントであるか、またはこれを有する、陳述1~25のいずれか1項に記載の方法。
27. 前記少なくとも1つのcrRNAが、表5に示すcrRNA配列のいずれかに対応する配列(配列番号58~147)を含むセグメントを有する、陳述1~26のいずれか1項に記載の方法。
28. 前記サンプルが、2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、8つ、9つ、10個、またはそれを超えるcrRNAとインキュベートされる、陳述1~27のいずれか1項に記載の方法。
29. 検出工程の前に、前記サンプルの一部を枯渇させる工程をさらに含む、陳述1~28のいずれか1項に記載の方法。
30. 前記サンプルの前記部分が、核酸またはタンパク質である、陳述29に記載の方法。
30. 前記サンプルの前記部分が、核酸またはタンパク質である、陳述29に記載の方法。
31. RNaseを前記サンプルから除去する工程をさらに含む、陳述1~30のいずれか1項に記載の方法。
32. Cas13タンパク質と共にRNAを含有することが疑われる前記サンプルが、RNase阻害剤を含む(例えば、回収後に添加される)、陳述1~31のいずれか1項に記載の方法。
32. Cas13タンパク質と共にRNAを含有することが疑われる前記サンプルが、RNase阻害剤を含む(例えば、回収後に添加される)、陳述1~31のいずれか1項に記載の方法。
33. 前記Cas13タンパク質および/またはcrRNAが、前記サンプルとのインキュベーションの前に凍結乾燥される、陳述1~32のいずれか1項に記載の方法。
34. 前記Cas13タンパク質が、Cas13aまたはCas13bタンパク質である、陳述1~33のいずれか1項に記載の方法。
34. 前記Cas13タンパク質が、Cas13aまたはCas13bタンパク質である、陳述1~33のいずれか1項に記載の方法。
35. RNAを含有することが疑われる前記サンプル中のSARS-CoV-2 RNAの濃度を定量する工程をさらに含む、陳述1~34のいずれか1項に記載の方法。
36. 前記SARS-CoV-2 RNAの濃度または量が、既知のSARS-CoV-2 RNAの濃度または量に対するRNAレポータシグナルの標準曲線を使用して決定される、陳述1~35のいずれか1項に記載の方法。
36. 前記SARS-CoV-2 RNAの濃度または量が、既知のSARS-CoV-2 RNAの濃度または量に対するRNAレポータシグナルの標準曲線を使用して決定される、陳述1~35のいずれか1項に記載の方法。
37. 前記SARS-CoV-2 RNAの濃度または量が、コントロールシグナルの勾配に対する、検出されたシグナルの勾配の比率を使用して決定される、陳述1~36のいずれか1項に記載の方法。
38. 検出可能なSARS-CoV-2が、サンプル1μl当たり少なくとも2つのコピーのSARS-CoV-2、サンプル1μl当たり少なくとも5つのコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも10個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも20個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも30個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも40個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも50個のコピーのSARS-CoV-2である、陳述1~37のいずれか1項に記載の方法。
39. 検出可能なSARS-CoV-2が、サンプル1ml当たり少なくとも2つのコピーのSARS-CoV-2、サンプル1ml当たり少なくとも5個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも10個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも20個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも30個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも40個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも50個のコピーのSARS-CoV-2である、陳述1~38のいずれか1項に記載の方法。
40. アトモル濃度およびゼプトモル濃度の感度を有する、陳述1~39のいずれか1項に記載の方法。
41. 検出可能なSARS-CoV-2 RNAを有するサンプルで患者を処置する工程をさらに含む、陳述1~40のいずれか1項に記載の方法。
41. 検出可能なSARS-CoV-2 RNAを有するサンプルで患者を処置する工程をさらに含む、陳述1~40のいずれか1項に記載の方法。
42. 陳述1~41のいずれか1項に記載の方法によって検出された検出可能なSARS-CoV-2を有する対象を処置する工程を含む方法。
43. (a)前記患者から得たRNAサンプルとCas13タンパク質とを含む反応混合物、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、および少なくとも1つのRNAレポータを、少なくとも1つのRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、
(b)前記混合物中の全てのRNA切断産物のレベルをディテクターで検出する工程、ならびに
(c)前記サンプル中に検出可能なSARS-CoV-2を有する対象を、SARS-CoV-2療法で処置する工程
を含む、陳述42に記載の方法。
43. (a)前記患者から得たRNAサンプルとCas13タンパク質とを含む反応混合物、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、および少なくとも1つのRNAレポータを、少なくとも1つのRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、
(b)前記混合物中の全てのRNA切断産物のレベルをディテクターで検出する工程、ならびに
(c)前記サンプル中に検出可能なSARS-CoV-2を有する対象を、SARS-CoV-2療法で処置する工程
を含む、陳述42に記載の方法。
44. 検出可能なSARS-CoV-2が、サンプル1μl当たり少なくとも2つのコピーのSARS-CoV-2、サンプル1μl当たり少なくとも5つのコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも10個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも20個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも30個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも40個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1μl当たり少なくとも50個のコピーのSARS-CoV-2である、陳述43に記載の方法。
45. 検出可能なSARS-CoV-2が、サンプル1ml当たり少なくとも2つのコピーのSARS-CoV-2、サンプル1ml当たり少なくとも5つのコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも10個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも20個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも30個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも40個のコピーのSARS-CoV-2、またはサンプル1ml当たり少なくとも50個のコピーのSARS-CoV-2である、陳述43に記載の方法。
46. 処置が、1つまたは複数の抗ウイルス剤、抗レトロウイルス療法(ART)、抗ウイルス抗体療法、呼吸の補助、炎症を低減させるためのステロイド、肺炎症を低減させるためのステロイド、血漿の輸血、またはこれらの組み合わせを前記対象に投与する工程を含む、陳述43~45のいずれか1項に記載の方法。
47. 前記反応混合物が、少なくとも2つの、または少なくとも3つの、または少なくとも4つの、または少なくとも5つの、または少なくとも6つの、または少なくとも7つの、または少なくとも8つのCRISPRガイドRNA(crRNA)を含む、陳述43~46のいずれか1項に記載の方法。
48. 前記溶解バッファーが、85℃以上で5分間の加熱を伴うPBS+1%Tween-20であるかまたはこれを含む、陳述1~47のいずれか1項に記載の方法。
49. 前記バッファーが、約7.2のpHである(または約6.0~8.0のpH範囲である)、陳述1~48のいずれか1項に記載の方法。
49. 前記バッファーが、約7.2のpHである(または約6.0~8.0のpH範囲である)、陳述1~48のいずれか1項に記載の方法。
50. N遺伝子を標的化する2つのガイド(crRNA_2およびcrRNA_4)ならびにE遺伝子を標的化する1つのガイド(crRNA_21)が共に複合体化されている(SARS-CoV-2ウイルスの検出において使用するために)、陳述1~49のいずれか1項に記載の方法。
51. 前記ガイドの長さが、約30ヌクレオチド(nt)および32ntのステム長である(全部で50または52ntである)、陳述1~50のいずれか1項に記載の方法。
52. バックグラウンドシグナルが、切断されたおよび切断されていないプローブのサイズベースの分離で低減する、陳述1~51のいずれか1項に記載の方法。
53. 反応シグナルの増大が、前記切断されたプローブのビーズベースの濃度で達成される、陳述1~52のいずれか1項に記載の方法。
53. 反応シグナルの増大が、前記切断されたプローブのビーズベースの濃度で達成される、陳述1~52のいずれか1項に記載の方法。
54. 反応シグナルの増大が、多分散液滴を使用する小さな体積での反応シグナルの液滴ベースの濃度で達成される、陳述1~53のいずれか1項に記載の方法。
55. SARS-VoV-2の検出がガイド特異的である、陳述1~54のいずれか1項に記載の方法。
55. SARS-VoV-2の検出がガイド特異的である、陳述1~54のいずれか1項に記載の方法。
56. アッセイが、単一のガイドを用いて行われる、陳述1~55のいずれか1項に記載の方法。
57. 前記アッセイが、複数のガイド/ガイドの組み合わせを用いて行われる、陳述1~56のいずれか1項に記載の方法。
57. 前記アッセイが、複数のガイド/ガイドの組み合わせを用いて行われる、陳述1~56のいずれか1項に記載の方法。
58. 少なくとも1つのCas13タンパク質、少なくとも1つのSARS-CoV-2特異的CRISPRガイドRNA(crRNA)、少なくとも1つのレポータRNA、ならびに(例えば、陳述1~35のいずれか1項に記載の方法に従って)サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出および/または定量するための指示を含むパッケージを含むキットであって、該CRISPRガイドRNAの各々が、配列番号1~35のいずれか1つ(例えば、配列番号1~15、23、または35のいずれか)に対して少なくとも70%の配列同一性、または表5に示す該crRNA配列(配列番号58~147)のいずれか1つに対して少なくとも70%の配列同一性を有する配列を有し得る、キット。
59. 前記レポータRNAが、フルオロフォア、蛍光クエンチャー、検出可能な色素、電気化学的部分、荷電した部分、立体的に妨げられる部分、立体的に妨げられる立体構造、またはこれらの組み合わせを含む、陳述58に記載のキット。
60. 前記レポータRNAが切断されると、光シグナル(例えば、蛍光または検出可能な色素)、電子的シグナル、電気化学的シグナル、静電気的シグナル、立体的シグナル、ファンデルワールス相互作用シグナル、水和シグナル、共鳴周波数シフトシグナル、またはこれらの組み合わせが生じる、陳述58または59に記載のキット。
61. 前記レポータRNAが、少なくとも1つの、少なくとも2つの、または少なくとも3つの短鎖クエンチ型蛍光RNAレポータである、陳述58~60のいずれか1項に記載のキット。
62. 少なくとも1つのフルオロフォアが、アレクサ(Alexa)430、STAR 520、ブリリアントバイオレット510、ブリリアントバイオレット605、ブリリアントバイオレット610、またはこれらの組み合わせである、陳述59~61のいずれか1項に記載のキット。
63. ヌクレアーゼを含有しない水、RNase、溶液のpHを調整するためのバッファー、反応容器、患者からサンプルを回収するための1つまたは複数の道具をさらに含む、陳述58~62のいずれか1項に記載のキット。
64. SARS-CoV-2感染を処置するための治療剤をさらに含む、陳述58~63のいずれか1項に記載のキット。
65. 前記サンプルを回収するための構成要素をさらに含む、陳述58~64のいずれか1項に記載のキット。
65. 前記サンプルを回収するための構成要素をさらに含む、陳述58~64のいずれか1項に記載のキット。
66. 前記サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを報告するための構成要素または指示をさらに含む、陳述58~65のいずれか1項に記載のキット。
67. 蛍光を検出するためのハードウェアをさらに含む、陳述58~66のいずれか1項に記載のキット。
67. 蛍光を検出するためのハードウェアをさらに含む、陳述58~66のいずれか1項に記載のキット。
68. 前記ハードウェアが、可動装置、反応チャンバ、励起源、励起フィルター、またはこれらの組み合わせを含む、陳述67に記載のキット。
69. 蛍光シグナルを評価するためのソフトウェア、前記サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを報告するためのソフトウェア、またはこれらの組み合わせをさらに含む、陳述58~68のいずれか1項に記載のキット。
69. 蛍光シグナルを評価するためのソフトウェア、前記サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを報告するためのソフトウェア、またはこれらの組み合わせをさらに含む、陳述58~68のいずれか1項に記載のキット。
70. 配列番号1~35のいずれか1つに対して少なくとも70%の配列同一性を含む配列、または表5に示す前記crRNA配列(配列番号58~147)のいずれか1つに対して少なくとも70%の配列同一性を含む配列を含む1つまたは複数のCRISPRガイドRNAを含む組成物。
71. 少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質をさらに含む、陳述70に記載の組成物。
72. 少なくとも1つのレポータRNAをさらに含む、陳述70または71に記載の組成物。
72. 少なくとも1つのレポータRNAをさらに含む、陳述70または71に記載の組成物。
73. 前記1つまたは複数のCRISPRガイドRNAが少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質と複合体を形成するように製剤された、陳述70~72のいずれか1項に記載の組成物。
74. 前記1つまたは複数のCRISPRガイドRNAが、野生型SARS-CoV-2のRNA、バリアントSARS-CoV-2のRNA、または突然変異体SARS-CoV-2のRNAのセグメントに相補的である、陳述70~73のいずれか1項に記載の組成物。
75. サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出および/または定量するためのシステムであって、
第1の周波数の光シグナルを使用して該サンプルを励起させるためのシグナル生成システム、
該サンプル中の蛍光を検出するためのカメラシステム、および
該蛍光に基づいて該サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出するための処理回路
を含む、システム。
第1の周波数の光シグナルを使用して該サンプルを励起させるためのシグナル生成システム、
該サンプル中の蛍光を検出するためのカメラシステム、および
該蛍光に基づいて該サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出するための処理回路
を含む、システム。
76. 前記カメラシステムが可動装置内に含まれる(1実施形態では、該可動装置は電話であり、1実施形態では、該電話はカメラを有しており、別の実施形態では、顕微鏡が該カメラと共に使用される)、陳述75に記載のシステム。
77. 通信インターフェイスをさらに含み、前記処理回路が、SARS-CoV-2のRNAが前記サンプルにおいて検出されたかどうかの指定を該通信インターフェイスを通して提供するように構成された、陳述75または76に記載のシステム。
78. 前記カメラシステムが相補型金属酸化膜半導体(CMOS)センサーを含む、陳述75~77のいずれか1項に記載のシステム。
79. 前記センサーが少なくとも1色のカラーフィルタを含む、陳述78に記載のシステム。
79. 前記センサーが少なくとも1色のカラーフィルタを含む、陳述78に記載のシステム。
80. 前記カラーフィルタが、パターンになっている交互のピクセルの上を覆って位置している、陳述78に記載のシステム。
81. リファレンスカンチレバーおよびセンサーカンチレバーを含む、カンチレバーセンサーアセンブリ、
該カンチレバーセンサーアセンブリに結びつけられ、該センサーカンチレバーへの分子の結合によって生じる該センサーカンチレバーの共鳴周波数のシフトを検出するように構成された、回路
を含む、サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出および/または定量するためのシステム。
81. リファレンスカンチレバーおよびセンサーカンチレバーを含む、カンチレバーセンサーアセンブリ、
該カンチレバーセンサーアセンブリに結びつけられ、該センサーカンチレバーへの分子の結合によって生じる該センサーカンチレバーの共鳴周波数のシフトを検出するように構成された、回路
を含む、サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出および/または定量するためのシステム。
82. 前記分子の結合によって前記センサーカンチレバーの剛性が変化する、陳述81に記載のシステム。
83. 前記センサーカンチレバーがダイアモンドを含む、陳述82に記載のシステム。
83. 前記センサーカンチレバーがダイアモンドを含む、陳述82に記載のシステム。
84. 通信インターフェイスをさらに含み、前記処理回路が、SARS-CoV-2のRNAが前記サンプルにおいて検出されたかどうかの指定を該通信インターフェイスを通して提供するように構成された、陳述81~83のいずれか1項に記載のシステム。
85. 前記回路が干渉装置を含む、陳述81~84のいずれか1項に記載のシステム。
本発明を上記の実施形態と併せて記載してきたが、先の記載および実施例は説明を意図したものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことが理解されるべきである。他の態様、利点、および本発明の範囲内の修正は、本発明が関連する技術分野の当業者には自明であろう。
本発明を上記の実施形態と併せて記載してきたが、先の記載および実施例は説明を意図したものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことが理解されるべきである。他の態様、利点、および本発明の範囲内の修正は、本発明が関連する技術分野の当業者には自明であろう。
いかなる状況下でも、本特許は、本明細書において具体的に開示されている特定の実施例または実施形態または方法に限定されると解釈されない。いかなる状況下でも、本特許は、特許庁のいずれかの審査官またはあらゆる他の公務員もしくは従業員による何らかの陳述が出願人による応答書類において具体的にかつ無制限または無条件に明示的に採用されていない限り、このような陳述によって限定されると解釈されない。
加えて、本発明の特徴または態様がマーカッシュグループの形式で記載されている場合、当業者は、これによって本発明がマーカッシュグループの全ての個々のメンバーまたはサブグループメンバーに関しても記載されていることを認識であろう。
Claims (77)
- (a)1つまたは複数のCas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、および少なくとも1つのレポータRNAと、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルとを、少なくとも1つのRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、ならびに
(b)レポータRNA切断産物をディテクターで検出する工程
を含む、SARS-CoV-2感染の存在または不存在を診断するための方法。 - 前記少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)が、野生型SARS-CoV-2のRNAに結合する、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)が、バリアントまたは突然変異SARS-CoV-2 RNAに結合する、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)が、配列番号1~35、58~146、または147のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列セグメントを有する、請求項1に記載の方法。
- 複数の前記CRISPRガイドRNA(crRNA)のうちの少なくとも1つが、配列番号1~35、58~146、または147の配列の1つを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)が、少なくとも2つの、または少なくとも3つの、または少なくとも8つのCRISPRガイドRNA(crRNA)である、請求項1に記載の方法。
- 前記Cas13タンパク質、前記少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、および前記レポータRNAと、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われる前記サンプルとを、インキュベートする前に、該Cas13タンパク質が少なくともCRISPRガイドRNA(crRNA)と複合体化される、請求項1に記載の方法。
- 前記Cas13タンパク質の1つまたは複数が、Cas13aまたはCas13bタンパク質である、請求項1に記載の方法。
- 前記Cas13タンパク質の1つまたは複数が、配列番号36~48のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有するタンパク質配列を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記Cas13タンパク質の1つまたは複数が、配列番号36~48のいずれか1つを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記Cas13タンパク質の1つまたは複数が、配列番号43に対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有し、該Cas13タンパク質が436位にリジンを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記Cas13タンパク質が配列番号43を有する、請求項1に記載の方法。
- RNAを含有することが疑われる前記サンプルが、唾液、喀痰、粘液、鼻咽頭材料、血液、血清、血漿、尿、吸引液、生検組織、またはこれらの組み合わせである、請求項1に記載の方法。
- RNAを含有することが疑われる前記サンプルが、溶解した生体サンプルである、請求項1に記載の方法。
- 前記レポータRNAの切断が、光シグナル、電子的シグナル、電気化学的シグナル、静電気的シグナル、立体的シグナル、ファンデルワールス相互作用シグナル、水和シグナル、共鳴周波数シフトシグナル、またはこれらの組み合わせを生じさせる、請求項1に記載の方法。
- 前記レポータRNAのレポータが、少なくとも1つのフルオロフォアおよび少なくとも1つの蛍光クエンチャーを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのフルオロフォアが、アレクサ(Alexa)430、STAR 520、ブリリアントバイオレット510、ブリリアントバイオレット605、ブリリアントバイオレット610、またはこれらの組み合わせである、請求項16に記載の方法。
- 前記ディテクターが、光ディテクター、蛍光ディテクター、カラーフィルタ、電子的ディテクター、電気化学的シグナルディテクター、静電気的シグナルディテクター、立体的シグナルディテクター、ファンデルワールス相互作用シグナルディテクター、水和シグナルディテクター、共鳴周波数シフトシグナルディテクター、または組み合わせを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記レポータRNA切断産物からのシグナルがコントロールアッセイのシグナルと区別可能である場合に、SARS-CoV-2のRNAが検出される、請求項1に記載の方法。
- 前記コントロールアッセイが、SARS-CoV-2ウイルスのRNAを含有しない、請求項19に記載の方法。
- SARS-CoV-2のRNAが請求項1に記載の方法によって検出された対象を処置する工程を含む方法。
- 処置が、抗ウイルス療法、抗レトロウイルス療法、呼吸の補助、ステロイド、血漿の輸血、抗SARS-CoV-2抗体、またはこれらの組み合わせを前記対象に投与する工程を含む、請求項21に記載の方法。
- 少なくとも1つのCas13タンパク質、少なくとも1つのSARS-CoV-2特異的CRISPRガイドRNA(crRNA)、少なくとも1つのレポータRNA、ならびにサンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出および/または定量するための指示を含むパッケージを含むキット。
- 前記少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)が、配列番号1~35、58~146、または147のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有する、請求項23に記載のキット。
- 複数の前記CRISPRガイドRNA(crRNA)のうちの少なくとも1つが、配列番号1~35、58~146、または147の配列を有する、請求項23に記載のキット。
- 少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)が、少なくとも2つの、または少なくとも3つの、または少なくとも8つのCRISPRガイドRNA(crRNA)である、請求項23に記載のキット。
- 前記Cas13タンパク質が前記少なくともCRISPRガイドRNA(crRNA)と複合体化される、請求項23に記載のキット。
- 前記Cas13タンパク質が、Cas13aまたはCas13bタンパク質である、請求項23に記載のキット。
- 前記Cas13タンパク質の少なくとも1つが、配列番号36~48のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有するタンパク質配列を有する、請求項23に記載のキット。
- 前記Cas13タンパク質の少なくとも1つが、配列番号43に対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有し、該Cas13タンパク質が436位にリジンを有する、請求項23に記載のキット。
- 前記Cas13タンパク質の少なくとも1つが、配列番号36~48のタンパク質配列の1つを有する、請求項23に記載のキット。
- 前記レポータRNAのレポータが、少なくとも1つのフルオロフォアおよび少なくとも1つの蛍光クエンチャーを含む、請求項23に記載のキット。
- 前記少なくとも1つのフルオロフォアが、アレクサ(Alexa)430、STAR 520、ブリリアントバイオレット510、ブリリアントバイオレット605、ブリリアントバイオレット610、またはこれらの組み合わせである、請求項23に記載のキット。
- サンプルチャンバ、アッセイ混合物反応チャンバ、またはこれらの組み合わせをさらに含む、請求項23に記載のキット。
- ディテクターをさらに含む、請求項23に記載のキット。
- サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出および/または定量するためのシステムであって、
第1の周波数のシグナルを使用して該サンプルを励起させるためのシグナル生成システム、
該サンプル中の蛍光を検出するためのカメラシステム、および
該蛍光に基づいて該サンプル中のSARS-CoV-2 RNAを検出するための処理回路
を含むシステム。 - 配列番号1~35、58~146、または147のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有する少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)をさらに含む、請求項36に記載のシステム。
- 配列番号1~35、58~146、または147の配列の1つを含むCRISPRガイドRNA(crRNA)の少なくとも1つをさらに含む、請求項36に記載のシステム。
- 少なくとも1つのCas13タンパク質をさらに含む、請求項36に記載のシステム。
- 配列番号36~48のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有するタンパク質配列を有する少なくとも1つのCas13タンパク質をさらに含む、請求項36に記載のシステム。
- 配列番号43に対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有する前記Cas13タンパク質の少なくとも1つをさらに含み、該Cas13タンパク質が436位にリジンを有する、請求項36に記載のシステム。
- システム筐体、
該システム筐体内の、励起照明を生じさせるように構成された励起源、
1つまたは複数のサンプルをその中に保持するように構成された1つまたは複数のカートリッジチャンバを有するサンプルカートリッジ、
該サンプルカートリッジを受けるように構成されたカートリッジソケット
を含む、蛍光イメージングシステムであって、
該カートリッジソケットが該サンプルカートリッジを受けることで、該1つまたは複数のカートリッジチャンバが励起方向および観察方向にされ、
該励起方向では、該カートリッジチャンバは該励起源の該励起照明と整列しており、また
該観察方向では、該カートリッジチャンバおよび該カートリッジチャンバからの蛍光は光学センサーに向けられている、
蛍光イメージングシステム。 - 前記サンプルカートリッジが、少なくとも1つのCas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、少なくとも1つのレポータRNA、またはこれらの組み合わせを含有している、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)が、配列番号1~35、58~146、または147のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有する、請求項43に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記CRISPRガイドRNA(crRNA)の少なくとも1つが、配列番号1~35、58~146、または147の配列の1つを含む、請求項43に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記サンプルカートリッジが、配列番号36~48のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有するタンパク質配列を有する少なくとも1つのCas13タンパク質を含む、請求項43に記載の蛍光イメージングシステム。
- 少なくとも1つのCas13タンパク質が、配列番号43に対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有し、該Cas13タンパク質が436位にリジンを有する、請求項46に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記カートリッジソケットが、前記サンプルカートリッジのカートリッジ形状に相補的なソケット形状を有し、該カートリッジ形状と該相補的なソケット形状との結合が、前記1つまたは複数のカートリッジチャンバを前記励起方向および前記観察方向にする、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記1つまたは複数のカートリッジチャンバがそれぞれ、細長い形状を有し、前記励起方向では、該1つまたは複数のカートリッジチャンバの該細長い形状が、前記励起照明の構成ベクトルと整列している、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記サンプルカートリッジが、前記カートリッジチャンバを囲んでいるチャンバ壁を含み、
前記励起方向では、前記励起照明と整列している該カートリッジチャンバが、該チャンバ壁と整列している該励起照明を含む、
請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。 - 前記励起方向では、前記励起照明と整列している前記カートリッジチャンバが、該励起照明と平行の該カートリッジチャンバを含む、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記観察方向では、前記サンプルカートリッジから散乱した照明が前記光学センサーと整列していない、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記光学センサーを含む、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記光学センサーを有する可動装置を含む、請求項53に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記サンプルカートリッジと前記光学センサーとの間に挟まれた、およそ500~570ナノメートルの間の波長を有する光を透過させるように構成された発光フィルターを含む、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記サンプルカートリッジに近接し、前記光学センサーからは離れている、1つまたは複数の構成対物レンズを有する対物光学系、および
該光学センサーに近接し、該サンプルカートリッジからは離れている、1つまたは複数の構成イメージングレンズを有する、イメージング光学系
を含む、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。 - 前記励起方向では、前記対物光学系が、前記カートリッジチャンバを前記励起照明でテレセントリックに照明するように構成されている、請求項56に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記観察方向では、前記対物光学系および前記イメージング光学系が、前記蛍光を前記光学センサーにテレセントリックに向けるように構成されている、請求項56に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記イメージング光学系と前記光学センサーとの間に挟まれた発光フィルターを含み、
前記観察方向では、該イメージング光学系が、前記蛍光を該発光フィルターにテレセントリックに向けるように構成されている、
請求項56に記載の蛍光イメージングシステム。 - 前記対物光学系と前記イメージング光学系との間に挟まれた2色性ミラーを含み、2色性フィルターが、前記励起照明を前記カートリッジチャンバに向け、該カートリッジチャンバからの前記蛍光を前記光学センサーに向かって透過させるように構成されている、請求項56に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記対物光学系およびイメージング光学系が、およそ0.075~0.10の開口数(NA)、およそ10mm~20mm直径の視野(FOV)、およびおよそ70mm~80mmの光路長をもたらす、請求項56に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記対物光学系およびイメージング光学系が、0.09の開口数(NA)、12mm直径の視野(FOV)、および75mmの光路長をもたらす、請求項61に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記1つまたは複数のカートリッジチャンバの各々が、前記FOV内にある、請求項62に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記光学センサーと前記サンプルカートリッジとの間に挟まれた、1つまたは複数の構成イメージングレンズを有するイメージング光学系を含む、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記イメージング光学系が、0.06の開口数(NA)、15×15mmの視野(FOV)、および20mWの励起照明力をもたらす、請求項64に記載の蛍光イメージングシステム。
- 可動装置光学系および前記光学センサーを有する可動装置を含み、前記イメージング光学系が該可動装置光学系を含む、請求項64に記載の蛍光イメージングシステム。
- 前記励起源が、LEDジェネレータまたはレーザジェネレータの1つまたは複数を含む、請求項42に記載の蛍光イメージングシステム。
- 配列番号1~35、58~146、または147のいずれか1つに対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を含む1つまたは複数のCRISPRガイドRNAを含む組成物。
- 配列番号1~35、58~146、または147のいずれか1つを含む1つまたは複数のCRISPRガイドRNAを含む、請求項68に記載の組成物。
- 少なくとも1つのCas13aまたはCas13bタンパク質をさらに含む、請求項68に記載の組成物。
- 前記Cas13タンパク質の少なくとも1つが、配列番号36~48のいずれかに対して少なくとも95%の配列同一性を有するタンパク質配列を有する、請求項70に記載の組成物。
- 前記Cas13タンパク質の少なくとも1つが、配列番号43を含むタンパク質配列を有し、該Cas13タンパク質が436位にリジンを有する、請求項70に記載の組成物。
- 対応する未改変のCas13タンパク質と比較してインビボでのエンドヌクレアーゼ活性が増大しており、野生型Cas13タンパク質の436位に対応する位置にリジン(K)を有する、改変Cas13タンパク質。
- 前記野生型Cas13タンパク質が、436位にグルタミン酸(E)を有する、請求項73に記載の改変Cas13タンパク質。
- (a)前記改変Cas13タンパク質、少なくとも1つのCRISPRガイドRNA(crRNA)、および少なくとも1つのレポータRNAと、SARS-CoV-2のRNAを含有することが疑われるサンプルとを、少なくとも1つのRNA切断産物が形成されるために十分な時間にわたりインキュベートする工程、ならびに
(b)レポータRNA切断産物をディテクターで検出する工程
を含む方法において、前記少なくとも1つのレポータRNAを検出する感度を約10倍~100倍増大させ得る、請求項73に記載の改変Cas13タンパク質。 - 前記改変Cas13タンパク質が、配列番号43に対して少なくとも95%の配列同一性を有する配列を有し、436位にリジンを有する、請求項73に記載の改変Cas13タンパク質。
- 前記改変Cas13タンパク質が、配列番号43の配列を有する、請求項73に記載の改変Cas13タンパク質。
Applications Claiming Priority (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US202062991827P | 2020-03-19 | 2020-03-19 | |
US62/991,827 | 2020-03-19 | ||
US202063057082P | 2020-07-27 | 2020-07-27 | |
US63/057,082 | 2020-07-27 | ||
US202062706488P | 2020-08-19 | 2020-08-19 | |
US62/706,488 | 2020-08-19 | ||
US202063081168P | 2020-09-21 | 2020-09-21 | |
US63/081,168 | 2020-09-21 | ||
US202163158297P | 2021-03-08 | 2021-03-08 | |
US63/158,297 | 2021-03-08 | ||
PCT/US2021/023025 WO2021188830A2 (en) | 2020-03-19 | 2021-03-18 | RAPID FIELD-DEPLOYABLE DETECTION OF SARS-CoV-2 VIRUS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023520754A true JP2023520754A (ja) | 2023-05-19 |
Family
ID=77771406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022556273A Pending JP2023520754A (ja) | 2020-03-19 | 2021-03-18 | SARS-CoV-2ウイルスの迅速で現場配備可能な検出 |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20210348243A1 (ja) |
EP (1) | EP4121568A2 (ja) |
JP (1) | JP2023520754A (ja) |
KR (1) | KR20230003470A (ja) |
CN (1) | CN116438303A (ja) |
AU (1) | AU2021236681A1 (ja) |
BR (1) | BR112022018769A2 (ja) |
CA (1) | CA3178847A1 (ja) |
IL (1) | IL296569A (ja) |
MX (1) | MX2022011641A (ja) |
WO (1) | WO2021188830A2 (ja) |
ZA (1) | ZA202211358B (ja) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113699148B (zh) * | 2021-07-15 | 2024-01-09 | 四川大学 | 一种超灵敏抗体检测方法 |
WO2023004391A2 (en) | 2021-07-21 | 2023-01-26 | Montana State University | Nucleic acid detection using type iii crispr complex |
CN113817873A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-21 | 华南理工大学 | 一种用于新冠病毒d614g突变的检测方法及试剂盒 |
US20230167485A1 (en) * | 2021-11-29 | 2023-06-01 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Multiplex assay for nucleic acid detection |
CN113913406B (zh) * | 2021-12-14 | 2022-04-08 | 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院 | 一种用于检测SARS-CoV-2 69:70del位点的方法 |
CN114236124B (zh) * | 2021-12-16 | 2023-06-09 | 军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所 | 一种基于等温扩增和Cas14a双重放大的检测肌酸激酶同工酶的试剂盒 |
CN114350854B (zh) * | 2022-01-10 | 2023-08-01 | 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院 | 一种基于RAA-CRISPR检测SARS-CoV-2 69-70del位点的方法 |
CN114807316B (zh) * | 2022-03-11 | 2023-02-03 | 北京科技大学 | 一种无核酸扩增可视化的rna定量检测方法 |
WO2023201275A1 (en) * | 2022-04-13 | 2023-10-19 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Enzyme kinetics analyses of crispr endonucleases |
WO2023235887A1 (en) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | Tpb Management Llc | Computational multiplexing and application thereof |
WO2024011208A1 (en) | 2022-07-08 | 2024-01-11 | The J. David Gladstone Institutes, A Testamentary Trust Established Under The Will Of J. David Gladstone | VIRAL DIAGNOSTIC USING CRISPR RNA COMBINATIONS AND Cas13a ENZYME |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6867851B2 (en) * | 1999-11-04 | 2005-03-15 | Regents Of The University Of Minnesota | Scanning of biological samples |
US7593157B2 (en) * | 2004-11-29 | 2009-09-22 | Nikon Corporation | Zoom microscope |
US7813013B2 (en) * | 2006-11-21 | 2010-10-12 | Illumina, Inc. | Hexagonal site line scanning method and system |
US20090162863A1 (en) * | 2007-12-13 | 2009-06-25 | Hitachi High-Technologies Corporation | Nucleic acid detection probe |
US10337051B2 (en) * | 2016-06-16 | 2019-07-02 | The Regents Of The University Of California | Methods and compositions for detecting a target RNA |
WO2020051452A2 (en) * | 2018-09-07 | 2020-03-12 | The J. David Gladstone Institutes, A Testamentary Trust Established Under The Will Of J. David Gladstone | Hiv or hcv detection with crispr-cas13a |
-
2021
- 2021-03-18 WO PCT/US2021/023025 patent/WO2021188830A2/en unknown
- 2021-03-18 EP EP21772507.6A patent/EP4121568A2/en active Pending
- 2021-03-18 BR BR112022018769A patent/BR112022018769A2/pt unknown
- 2021-03-18 US US17/206,020 patent/US20210348243A1/en active Pending
- 2021-03-18 JP JP2022556273A patent/JP2023520754A/ja active Pending
- 2021-03-18 IL IL296569A patent/IL296569A/en unknown
- 2021-03-18 CN CN202180036013.2A patent/CN116438303A/zh active Pending
- 2021-03-18 KR KR1020227036318A patent/KR20230003470A/ko unknown
- 2021-03-18 AU AU2021236681A patent/AU2021236681A1/en active Pending
- 2021-03-18 MX MX2022011641A patent/MX2022011641A/es unknown
- 2021-03-18 CA CA3178847A patent/CA3178847A1/en active Pending
-
2022
- 2022-10-17 ZA ZA2022/11358A patent/ZA202211358B/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ZA202211358B (en) | 2024-02-28 |
US20210348243A1 (en) | 2021-11-11 |
EP4121568A2 (en) | 2023-01-25 |
CN116438303A (zh) | 2023-07-14 |
MX2022011641A (es) | 2022-12-08 |
WO2021188830A3 (en) | 2021-11-11 |
WO2021188830A2 (en) | 2021-09-23 |
AU2021236681A1 (en) | 2022-11-17 |
BR112022018769A2 (pt) | 2022-12-20 |
IL296569A (en) | 2022-11-01 |
CA3178847A1 (en) | 2021-09-23 |
KR20230003470A (ko) | 2023-01-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2023520754A (ja) | SARS-CoV-2ウイルスの迅速で現場配備可能な検出 | |
Patchsung et al. | Clinical validation of a Cas13-based assay for the detection of SARS-CoV-2 RNA | |
Zhou et al. | Point-of-care COVID-19 diagnostics powered by lateral flow assay | |
Afzal | Molecular diagnostic technologies for COVID-19: Limitations and challenges | |
Qin et al. | Rapid and fully microfluidic Ebola virus detection with CRISPR-Cas13a | |
Kilic et al. | Molecular and immunological diagnostic tests of COVID-19: current status and challenges | |
Safiabadi Tali et al. | Tools and techniques for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)/COVID-19 detection | |
Pang et al. | Isothermal amplification and ambient visualization in a single tube for the detection of SARS-CoV-2 using loop-mediated amplification and CRISPR technology | |
Arizti-Sanz et al. | Simplified Cas13-based assays for the fast identification of SARS-CoV-2 and its variants | |
Ganbaatar et al. | CRISPR-based COVID-19 testing: toward next-generation point-of-care diagnostics | |
Ambrosi et al. | SARS-CoV-2: Comparative analysis of different RNA extraction methods | |
Bao et al. | Magnetic bead-quantum dot (MB-Qdot) clustered regularly interspaced short palindromic repeat assay for simple viral DNA detection | |
Garcia-Venzor et al. | SARS-CoV-2 direct detection without RNA isolation with loop-mediated isothermal amplification (LAMP) and CRISPR-Cas12 | |
Song et al. | Single-and two-stage, closed-tube, point-of-care, molecular detection of SARS-CoV-2 | |
Habli et al. | COVID-19 in-vitro diagnostics: state-of-the-art and challenges for rapid, scalable, and high-accuracy screening | |
Yao et al. | Detection of coronavirus in environmental surveillance and risk monitoring for pandemic control | |
Kabir et al. | Diagnosis for COVID-19: current status and future prospects | |
Zhang et al. | Recent progress on rapid lateral flow assay-based early diagnosis of COVID-19 | |
Alves et al. | Optimization and clinical validation of colorimetric reverse transcription loop-mediated isothermal amplification, a fast, highly sensitive and specific COVID-19 molecular diagnostic tool that is robust to detect SARS-CoV-2 variants of concern | |
Fernandes et al. | Recent advances in point of care testing for COVID-19 detection | |
Ghodake et al. | Biological characteristics and biomarkers of novel SARS-CoV-2 facilitated rapid development and implementation of diagnostic tools and surveillance measures | |
Yuan et al. | Advances in field detection based on CRISPR/Cas System | |
Mu et al. | Microfluidic-based approaches for COVID-19 diagnosis | |
Arizti-Sanz et al. | Equipment-free detection of SARS-CoV-2 and Variants of Concern using Cas13 | |
Shan et al. | Nucleic Acid Amplification-Free Digital Detection Method for SARS-CoV-2 RNA Based on Droplet Microfluidics and CRISPR–Cas13a |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221116 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231128 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20240216 |