SARS-CoV-2ゲノムの解読–診断テスト
「テスト、テスト、テスト！」は、COVID-19パンデミックを制御するための広く宣伝されているスローガンです。世界保健機関および世界中の他の連邦/州機関はすべて、このおなじみのキャッチフレーズを公表しています。確かに、人口を迅速にテストすることは、COVID-19のようなパンデミックを制御するための基礎です。
広範な検査は、病気のさらなる拡大を防ぐことができる公衆衛生戦略を実施するための合理的な基礎を提供します。これにより、当局は、社会的距離、外出禁止令、極端な場合には夜間外出禁止令などの政策を緩和することについて、情報に基づいた決定を下すことができます。 COVID-19のような空中感染症をきっかけに、これらの重要な公衆衛生イニシアチブは、医療システムへの圧力を軽減し、人命を救うために不可欠です。
ゲノムベースの分析は、SARS-CoV-2に固有のテストキットを設計するための鍵です。これは、DNAベースのキット（PCR、等温増幅、CRISPR）を設計している場合でも、血清学的検出用の抗原を生成している場合でも同じです 。世界的な非営利団体が、市販されているすべてのSARS-CoV-2テストのリストを照合しました。ここでは、現在使用されている2つの主要な手法であるDNAベースのテストと抗体ベースのテストについて説明します。
DNAベースのテスト
鼻と喉の綿棒からのウイルス遺伝物質に対して行われているCOVID-19の現在の検査では、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応（RT-PCR）と呼ばれる一般的な分子生物学技術を使用しています。別のテストでは、Abbot Labs 1 によって開発された最新の等温核酸増幅技術を採用しています。 。どちらのテストも非常に感度が高いです。それらは、SARS-CoV-2ウイルスに特異的なゲノムの領域を増幅することによって機能します。この増幅は、ウイルス配列に相補的なオリゴヌクレオチドのペア（プライマーとも呼ばれます）によってプライミングされます。
現在のRT-PCR法には、鼻と喉の綿棒からウイルスRNAを抽出し、RNAをDNAに逆転写した後、PCR反応を行うことが含まれます。 PCR法では、テンプレートを変性させ、短いプライマーをテンプレート上の相補配列にアニーリングする温度サイクリング戦略を使用します。ポリメラーゼ酵素によって促進されるプライマー-テンプレート複合体の伸長は、標的アンプリコンの指数関数的増幅につながります。結果は数時間以内に得られます。 PCR法の詳細なプロトコルは、WHOとCDCによって共有されています。それどころか、アボットラボの等温法は熱サイクルの制約に制限されず、COVID-19の陽性結果は5分で得られ、陰性結果は13分で得られます 1 。
比較ゲノム解析によって特定されたSARS-CoV-2の固有の領域は、DNAベースのキットで使用されるプライマーまたはプローブを設計するための特徴的なマーカーとして機能します。 SARS-CoV-2は、約30,000塩基のゲノムを持つ一本鎖RNAウイルスです。ウイルスゲノムは、エンベロープ（E）、膜（M）、ヌクレオカプシド（N）、スパイク（S）タンパク質の4つの構造タンパク質をコードしています。
比較ゲノム解析により、SARS-CoV-2に固有のさまざまな領域が特定されました。配列の一意性は、すべての配列決定されたゲノムのグローバルリポジトリであるGenBankデータベースでBLAST（Basic Local Alignment Search Tool）アルゴリズムを使用して類似の配列を検索することによって検証されます。 ORF1ab、N、RdRp、Sなどの遺伝子の固有の領域は、現在、SARS-CoV-2RT-PCR診断のプライマーとして使用されています 2 、アボットのIDNOW™COVID-19迅速検査は、RdRp遺伝子を対象としています。
地平線上の新しいメソッド
人気のある遺伝子編集技術であるCRISPRは、集団検査のためのスケーラブルなオプションと見なされています。この方法では、CRISPR機構の機能を使用して、特定の遺伝子配列を認識し、それらを切断します。 CRISPRはまた、ウイルスの遺伝物質の存在をすばやく明らかにすることができる反応に追加されたレポーター分子を切断します。 CRISPRベースのSHERLOCK（特定の高感度酵素レポーターのロック解除）は、1時間で結果を出すことができる紙のディップスティック法として説明されています。 SHERLOCKは、MITのBroadInstituteとHarvardのFengZhangによって共同開発されました 3 。カリフォルニア大学バークレー校のジェニファー・ダウドナによって開発された別の方法は、DNAエンドヌクレアーゼを標的としたCRISPR Trans による等温前置増幅を利用します。 コロナウイルスのレポーター（DETECTR）。 DETECTRは30分で結果を出すことができます 4 。
シーケンスベースの方法は、患者のウイルスの有無に関する重要な情報を提供します。この情報は、公衆衛生および安全ポリシーを策定する際に特に価値があります。米国では現在、COVID-19の症状を示している人のみをテストしています。しかし、COVID-19のような病気では、無症候性の人々がコミュニティにウイルスを広める可能性があるという深刻な脅威があります。
人がすでにSARS-CoV-2に感染していて、免疫力を発達させているかどうかをどうやって知ることができますか？
抗体ベースのテスト
抗体検査は、すでに感染していておそらく免疫がある無症候性の個人を特定します。抗体検査は、母集団全体をスクリーニングし、地域社会への広がりの恐れを軽減するための最良の戦略でもあります。抗体の結果が陽性の個人は、COVID-19患者に注射できる潜在的な血漿源になる可能性もあります。これは、現在米国でテストされているアプローチです。
抗体検査には、ウイルスにとって重要なタンパク質、たとえばウイルスコートタンパク質に関する知識が必要です。理想的には、免疫系を誘発するウイルスタンパク質は、ウイルスにフラグを立てたり中和したりする抗体の産生を開始するため、最良の候補です。次に、実験室でウイルスタンパク質のこれらの部分またはセクションを作成し、抗体の存在を検出するELISAなどのイムノアッセイに含めるために細胞株にトランスフェクトする必要があります。
このようなイムノアッセイは、COVID-19のような病気に対する免疫を検出するための家庭用検査キットの基礎を形成する可能性があります。ただし、これらのキットの開発には時間がかかります。このプロセスで最も困難なボトルネックは、タンパク質またはタンパク質セグメントを正しいコンフォメーションで発現させることです。
SARS-CoV-2スパイクタンパク質は、固有の領域がほとんどないため、診断法を開発するための1つの潜在的な手段を提供します。いくつかのチームがSタンパク質の受容体結合ドメインをテストしていますが、いくつかのチームはスパイクタンパク質全体を調査しています 2 。他の潜在的な候補には、ヌクレオカプシドタンパク質およびSタンパク質が含まれます。 FDAはさまざまな抗体検査方法を評価しており、最近最初の検査を承認しました。これは、人口の何人が免疫を持っているかを判断するのに役立ちます 5 。
今日のCOVID-19のパンデミックの真っ只中で、DNAベースおよび抗体ベースの診断テストは、SARS-CoV-2ウイルスを封じ込めて軽減するために採用する公衆衛生イニシアチブに決定的な違いをもたらしています。 「曲線を平坦化」するよう努めているため、迅速なテストが重要です。
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