CRISPR/Cas-System ermöglicht Virennachweis ähnlich genau wie PCR-Tests – aber schneller Coronavirus: Schnelltest mit Genschere - scinexx | Das Wissensmagazin
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Coronavirus: Schnelltest mit Genschere

CRISPR/Cas-System ermöglicht Virennachweis ähnlich genau wie PCR-Tests – aber schneller

Coronavirus und CRISPR
Ein neuer Schnelltest auf Basis der Genschere CRISPR/Cas kann das Coronavirus ähnlich verlässlich nachweisen wie die PCR. © gazanfer, koto_feja/ iStock

Gentechnische Diagnosehilfe: Mithilfe der Genschere CRISPR haben Forscher einen schnellen, aber trotzdem zuverlässigen Coronavirus-Test entwickelt. Er weist die Viren-RNA ähnlich genau nach wie der gängige PCR-Labortest, dauert aber nur 40 Minuten. Zudem kann der DETECTR getaufte Test überall durchgeführt werden – ohne dass Proben erst in ein Labor gebracht werden müssen, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature Biotechnology“ berichten.

In der aktuellen Corona-Pandemie stellt die Testkapazität einen der größten Engpässe dar. Denn die gängigen PCR-Tests, mit denen die RNA von SARS-CoV-2 nachgewiesen werden kann, sind zwar verlässlich, dauern aber mehrere Stunden. Zudem können sie nur in Laboren mit entsprechenden Geräten und Reagenzien durchgeführt werden. Die Dunkelziffer der Infizierten ist daher erheblich. Für Corona-spezifische Antikörper gibt es zwar schon erste Schnelltests, diese sind aber oft nicht spezifisch genug und zudem für eine Frühdiagnose der Infektion ungeeignet.

Genschere als Viren-Spürhund

Abhilfe könnte nun die Genschere CRISPR/Cas bringen. Denn auf ihrer Basis haben James Broughton von Mammoth Biosciences in San Francisco und seine Kollegen einen Schnelltest entwickelt, der nach ähnlichem Prinzip funktioniert wie die PCR-Tests, aber weit schneller ist. Statt zwei bis vier Stunden reiner Testzeit liefert er schon nach 40 Minuten ein Ergebnis – und dies vor Ort und ohne Laborgeräte.

Der neue Test macht sich die Fähigkeit der CRISPR-Genschere zunutze, gezielt ganz bestimmte Abschnitte des Erbgut ausfindig zu machen und an ihnen anzudocken. Als Suchschablone für die richtige Stelle dienen dabei kurze, in CRISPR integrierte DNA-Fragmente, mit deren Hilfe dann das Cas12-Enzym der Genschere die korrekte Basenabfolge im Zielerbgut aufspürt.

Spezifisch für SARS-CoV-2

Genau dies passiert nun auch im DETECTR- getauften Test: Die Genschere ist auf zwei RNA-Abfolgen des Coronavirus geprägt. Die erste kodiert Teile des Hüllproteins und kommt bei SARS-CoV-2, seinem Vorgänger SARS und einem Fledermaus-Virus vor. Der zweite RNA-Abschnitt ist jedoch spezifisch nur für das aktuelle Coronavirus und ist Teil des Nucleoproteins – des verpackten Virenerbguts.

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In einem ersten Test prüften Broughton und seine Kollegen, ob diese Suchschablonen ausreichen, um SARS-CoV-2 zuverlässig und ohne Verwechslung mit anderen Coronaviren zu erkennen. Dafür gaben sie künstlich hergestellte RNA der verschiedenen Viren in Probenflüssigkeiten und gaben die CRISPR/Cas12-Genschere dazu. Das Ergebnis: „Das CRISPR/Cas12 basierte Erkennungssystem kann SARS-CoV-2 ohne Kreuzreaktion mit verwandten Coronavirus-Typen detektieren“, so die Forscher.

Die Nachweisschwelle für virale RNA lag bei zehn Kopien pro Mikroliter. Den Genschere ist damit ein wenig unsensibler als der klassische PCR-Test, der noch eine RNA-Kopie pro Mikroliter detektieren kann.

Schnelle Vervielfältigung des Virenerbguts

Doch damit dieses Prinzip auch mit Patientenproben funktioniert, muss der Test die virale RNA zunächst vervielfältigen. Denn erst wenn genügend Kopien der RNA-Fragmente vorliegen, kann die Genschere sie nachweisen. Beim gängigen PCR-Test geschieht dies durch Umwandlung der RNA in DANN, die dann mit der enzymgestützten Polymerase-Kettenreaktion kopiert wird. Dabei müssen die Proben aber im Wechsel erhitzt und abgekühlt werden.

DETECTR nutzt stattdessen die sogenannte isothermische Amplifikation. Für diese wird die virale RNA ebenfalls zuerst in DNA übersetzt, dann aber von einer Polymerase kopiert, die auch bei gleichbleibenden Temperaturen arbeitet. Dieses kurz als RT-LAMP bezeichnete Verfahren hat den Vorteil, dass es ohne spezielle Geräte abläuft. Zudem kann es durch Zugabe von Polyethylenglykol stark beschleunigt werden. Dadurch lässt sich der gesamte DETECTR-Test als Schnelltest konfigurieren.

Ähnlich präzise wie PCR

Wie gut und zuverlässig der DETECTR-Test in der Praxis funktioniert, haben Broughton und sein Team mit insgesamt 83 Nasen-Rachen-Abstrichproben von Patienten überprüft. Von diesen war rund die Hälfte zuvor durch PCR-Test als positiv für SARS-CoV-2 bestimmt worden, die restlichen waren negativ, aber mit anderen Atemwegsviren infiziert. Wie gut würde der neue Schnelltest dies im Vergleich zur PCR erkennen?

Das Ergebnis: „Im Vergleich zum PCR-Assay zeigten die Testergebnisse von DETECTR bei den positiven Ergebnissen eine 95-prozentige Übereinstimmung, bei den negativen Ergebnissen waren es 100 Prozent“, berichten Broughton und seine Kollegen. Ihrer Ansicht nach ist DETECTR damit ein einfacher und zuverlässiger Schnelltest für den Einsatz in der klinischen Praxis.

Geeignet für wiederholte Patiententests

„Tests wie unser DETECTR-Assay sind besonders gut dafür geeignet, wiederholte Testungen von Patienten durchzuführen,“, erklären die Forscher. Solche engmaschig wiederholten Tests sind beispielsweise dann wichtig, wenn ein Patient mit Covid-typischen Symptomen zunächst negativ auf SARS-CoV-2 testet. Aber auch, wenn man feststellen will, wann ein Covid-19-Patient als virenfrei entlassen werden kann.

Vorteilhaft auch: Der CRISPR-basierte Test kann durch Austausch der „Suchschablone“ relativ zügig an neue Viren angepasst werden, wie die Forscher berichten. Angesichts des hohen Risikos für neu auftretende Epidemien und vom Tier auf den Menschen überspringende Viren sei dies besonders wichtig. „Eine diagnostische Methode, die Infektionen durch neu auftauchende Viren schnell erkennen kann, wird dringend gebaucht“, so Broughton und seine Kollegen.

Allerdings: Wie bald der DETECR-Test offiziell zugelassen wird und wann er in ausreichender großer Stückzahl zur Verfügung steht, lassen die Forscher offen.  (Nature Biotechnology, 2020; doi: 10.1038/s41587-020-0513-4)

Quelle: Nature

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