Un nouveau test rapide basé sur CRISPR pour le COVID-19 utilise l'appareil photo d'un smartphone et est capable de mesurer la charge virale

Le nouveau test COVID-19 utilise la technologie d'édition des gènes CRISPR et un smartphone pour fournir un résultat de test positif ou négatif et mesurer la charge virale.

«Un nouveau test basé sur CRISPR pour le COVID-19 utilise l'appareil photo d'un smartphone», source Gladstone Institutes.

Imaginez de vous frottez vos narines, puis de mettre l'écouvillon dans un appareil et obtenez une lecture sur votre téléphone en 15 à 30 minutes qui vous indique si vous êtes infecté par le virus COVID-19.

Telle a été la vision d'une équipe de scientifiques des Instituts Gladstone, de l'Université de Californie à Berkeley (UC Berkeley) et de l'Université de Californie à San Francisco (UCSF). Et maintenant, ils rapportent cette percée scientifique qui les rapproche de faire de cette vision une réalité.

L'un des principaux obstacles à la lutte contre la pandémie du COVID-19 et à la réouverture complète des communautés à travers le pays est la disponibilité de tests rapides de masse. Savoir qui est infecté fournirait des informations précieuses sur la propagation potentielle et la menace du virus pour les décideurs politiques et les citoyens.

Pourtant, les gens doivent souvent attendre plusieurs jours pour leurs résultats, voire plus en cas de retard dans le traitement des tests de laboratoire. Et la situation est aggravée par le fait que la plupart des personnes infectées présentent des symptômes légers ou inexistants, tout en étant porteuses et propagatrices du virus.

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue scientifique Cell, l'équipe de Gladstone, UC Berkeley et UCSF a décrit la technologie d'un test CRISPR pour le COVID-19 qui utilise l'appareil photo d'un smartphone pour fournir des résultats précis en moins de 30 minutes.

«Cela a été une tâche urgente pour la communauté scientifique non seulement d'augmenter les tests, mais aussi de fournir de nouvelles options de test», explique Mélanie Ott, directrice du Gladstone Institute of Virology et l'un des chefs de file de l'étude. «Le test que nous avons développé pourrait fournir des tests rapides et peu coûteux pour aider à contrôler la propagation du COVID-19.»

La technique a été conçue en collaboration avec le bio-ingénieur de l'UC Berkeley Daniel Fletcher, ainsi que Jennifer Doudna de chez Gladstone, professeur à l'UC Berkeley, présidente de l'Innovative Genomics Institute et chercheuse à l'Howard Hughes Medical Institute. Doudna a récemment remporté le prix Nobel de chimie 2020 pour avoir co-découvert l'édition du génome de CRISPR-Cas, la technologie qui sous-tend ce travail.

Non seulement leur nouveau test de diagnostic peut générer un résultat positif ou négatif, mais il mesure également la charge virale (ou la concentration de SARS-CoV-2, le virus responsable du COVID-19) dans un échantillon donné.

«Lorsqu'elle est associée à des tests répétés, la mesure de la charge virale pourrait aider à déterminer si une infection augmente ou diminue», a dit Fletcher, qui est également chercheur chez Chan Zuckerberg Biohub. «Surveiller l’évolution de l’infection d’un patient pourrait aider les professionnels de la santé à estimer le stade de l’infection et à prévoir, en temps réel, combien de temps il faudra probablement pour guérir.

Un test plus simple grâce à la détection directe

Les tests COVID-19 actuels utilisent une méthode appelée PCR quantitative, la référence des tests. Cependant, l'un des problèmes liés à l'utilisation de cette technique pour tester le SRAS-CoV-2 est qu'elle nécessite de l'ADN. Le coronavirus est un virus à ARN, ce qui signifie que pour utiliser l'approche PCR, l'ARN viral doit d'abord être converti en ADN. De plus, cette technique repose sur une réaction chimique en deux étapes, comprenant une étape d'amplification pour fournir suffisamment d'ADN pour le rendre détectable. Ainsi, les tests actuels nécessitent généralement des utilisateurs formés, des réactifs spécialisés et un équipement de laboratoire encombrant, ce qui limite considérablement les endroits où les tests peuvent avoir lieu et entraîne des retards dans la réception des résultats.

Comme alternative à la PCR, les scientifiques ont développé des stratégies de test basées sur la technologie d'édition des gènes CRISPR, qui excelle dans l'identification spécifique du matériel génétique.

Tous les diagnostics CRISPR à ce jour ont exigé que l'ARN viral soit converti en ADN et amplifié avant de pouvoir être détecté, ce qui ajoute du temps et de la complexité. En revanche, la nouvelle approche décrite dans cette étude récente saute toutes les étapes de conversion et d'amplification, en utilisant CRISPR pour détecter directement l'ARN viral.

«L'une des raisons pour lesquelles nous sommes enthousiasmés par les diagnostics basés sur CRISPR est la possibilité d'obtenir des résultats rapides et précis au point d'utilisation», explique Doudna. «Ceci est particulièrement utile dans les endroits où l'accès aux tests est limité ou lorsque des tests fréquents et rapides sont nécessaires. Cela pourrait éliminer de nombreux goulots d'étranglement que nous avons constatés avec le COVID-19.»

Parinaz Fozouni, une étudiante diplômée de l’UCSF travaillant dans le laboratoire d’Ott à Gladstone, travaillait depuis quelques années sur un système de détection d’ARN pour le VIH. Mais en janvier 2020, lorsqu'il est devenu clair que le coronavirus devenait un problème plus important dans le monde et que les tests étaient un écueil potentiel, elle et ses collègues ont décidé de se concentrer sur COVID-19.

«Nous savions que le test que nous développions serait une solution logique pour aider à la crise en permettant des tests rapides avec un minimum de ressources», a dit Fozouni, co-premier auteur de l'article, avec Sungmin Son et María Díaz de León Derby de l'équipe de Fletcher de l'UC Berkeley. «Au lieu de la protéine CRISPR bien connue appelée Cas9, qui reconnaît et clive l'ADN, nous avons utilisé Cas13, qui clive l'ARN.»

Dans le nouveau test, la protéine Cas13 est combinée avec une molécule rapporteur qui devient fluorescente lorsqu'elle est coupée, puis mélangée à un échantillon de patient provenant d'un écouvillon nasal. L'échantillon est placé dans un appareil qui se connecte à un smartphone. Si l'échantillon contient de l'ARN du SARS-CoV-2, Cas13 sera activé et coupera la molécule rapporteur, provoquant l'émission d'un signal fluorescent. Ensuite, l'appareil photo du smartphone, essentiellement converti en microscope, peut détecter la fluorescence et signaler qu'un écouvillon a été testé positif pour le virus.

«Ce qui rend vraiment ce test unique, c'est qu'il utilise une réaction en une étape pour tester directement l'ARN viral, par opposition au processus en deux étapes dans les tests PCR traditionnels», explique Ott, qui est également professeur au Département de médecine. à l'UCSF. «Une chimie plus simple, associée à l'appareil photo du smartphone, réduit le temps de détection et ne nécessite pas d'équipement de laboratoire complexe. Cela permet également au test de produire des mesures quantitatives plutôt qu'un simple résultat positif ou négatif.»

Les chercheurs disent également que leur test pourrait être adapté à une variété de téléphones mobiles, rendant la technologie facilement accessible.

«Nous avons choisi d'utiliser les téléphones mobiles comme base de notre dispositif de détection car ils disposent d'interfaces utilisateur intuitives et d'appareil photo très sensibles que nous pouvons utiliser pour détecter la fluorescence», explique Fletcher. «Les téléphones portables sont également produits en masse et rentables, ce qui montre que les instruments de laboratoire spécialisés ne sont pas nécessaires pour ce test.»

Des résultats précis et rapides pour limiter la pandémie

Lorsque les scientifiques ont testé leur appareil à l'aide d'échantillons de patients, ils ont confirmé qu'il pouvait fournir un délai d'exécution très rapide des résultats pour les échantillons présentant des charges virales cliniquement pertinentes. En fait, l'appareil a détecté avec précision un ensemble d'échantillons positifs en moins de 5 minutes. Pour les échantillons à faible charge virale, le dispositif a nécessité jusqu'à 30 minutes pour le distinguer d'un test négatif.

«Les modèles récents de SRAS-CoV-2 suggèrent que des tests fréquents avec un délai d'exécution rapide sont ce dont nous avons besoin pour surmonter la pandémie actuelle», a dit Ott. «Nous espérons qu'avec une augmentation des tests, nous pourrons éviter les confinements et protéger les populations les plus vulnérables.»

Non seulement le nouveau test basé sur CRISPR offre une option prometteuse pour les tests rapides, mais en utilisant un smartphone et en évitant le besoin d'équipement de laboratoire volumineux, il a le potentiel de devenir portable et éventuellement d'être disponible pour un point d'utilisation ou même à la maison. Et, il pourrait également être étendu pour diagnostiquer d'autres virus respiratoires au-delà du SRAS-CoV-2.

En outre, la haute sensibilité des appareils photos des smartphones, ainsi que leurs capacités de connectivité, de GPS et de traitement de données, en ont fait des outils attrayants pour diagnostiquer les maladies dans les régions à faibles ressources.

«Nous espérons développer notre test en un appareil capable de télécharger instantanément les résultats dans des systèmes basés sur le cloud tout en préservant la confidentialité des patients, ce qui serait important pour la recherche des contacts et les études épidémiologiques», a dit Ott. «Ce type de test de diagnostic basé sur un smartphone pourrait jouer un rôle crucial dans le contrôle des pandémies actuelles et futures.»

Une équipe de scientifiques de Gladstone, UC Berkeley et UC San Francisco, dont Melanie Ott (à gauche) et Parinaz Fozouni (à droite), a décrit la technologie d'un test rapide avec un smatphone en une étape qui pourrait aider à combattre la pandémie et à rouvrir complètement les communautés.