Genschere CRISPR erkennt SARS-CoV-2 in 5 Minuten

Berkeley/Kalifornien – US-Forscher haben einen Schnelltest zum Nachweis von SARS-CoV-2 entwickelt, der auf der Genschere CRISPR beruht. Das handliche Gerät lieferte mit Unterstützung eines Smartphones in den ersten Versuchen in medRXiv (2020; DOI: 10.1101/2020.09.28.20201947) innerhalb von wenigen Minuten ein Ergebnis. Der Test könnte sich für Arztpraxen oder sogar zum häuslichen Selbsttest eignen – wenn sich die hohe Sensitivität und Spezifität in weiteren Studien bestätigen sollten.

Der derzeitige Standardtest zum Nachweis von SARS-CoV-2 beruht auf der Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Dabei wird ein mit einem Primer markierter Abschnitt der Virus-RNA durch die Polymerase verdoppelt.

Um zu einem sichtbaren Signal zu kommen, muss die Reaktion mehrfach (etwa 20 bis 50 Mal) wiederholt werden. Dies erfordert eine wiederholte Erwärmung und Abkühlung des Reagenz. Das Verfahren ist deshalb zeitaufwendig und ein Ergebnis liegt erst nach mehreren Stunden vor. Der Thermocycler ist ein größeres und teures Gerät. Der Einsatz der PCR ist deshalb auf Labore beschränkt.

Das Verfahren, das ein Team um Daniel Fletcher von der Universität von Berkeley und Melanie Ott vom Gladstone-Institut entwickelt haben, beruht auf der Genschere CRISPR. Diese wurde vor wenigen Tagen mit dem Nobelpreis honoriert. Eine der Preisträgerinnen, Jennifer Doudna, ist mit im Team.

Die Methode benutzt wie die PCR ein kurzes RNA-Molekül, um das gewünschte Gen zu finden. Bei der PCR ist dies der Primer, bei der CRISPR eine Leit-RNA (crRNA). Wenn die crRNA sich am Virusgen angelagert hat, wird es von dem Enzym Cas13 (der eigentlichen Gen-Schere) zerschnitten.

Im gleichen Schritt wird eine Reporter-RNA freigesetzt, die einen Fluoreszenzmarker trägt. Dieser wird durch einen Laser zum Leuchten gebracht. Die Farbe kann dann mit einer Kamera aufgefangen werden. Die Intensität der Fluoreszenz liefert einen Hinweis auf die Zahl der im Reagenz enthaltenen Viren.

Um die Leistung zu verbessern, führen die Forscher den Test mit 3 verschiedenen crRNA aus. Dadurch wird das Virusgen an mehreren Stellen mit dem Enzym Cas13 zerschnitten. Die Sensitivität des Tests hängt von der Wahl der crRNA ab. Das Team hat hier offenbar eine längere Versuchsreihe benötigt, bis sie eine geeignete Kombination fand. Wenn sich die Zahlen aus der Publikation bestätigen sollten, könnte der Test bereits sehr geringe Mengen von 100 Kopien/µl nachweisen. Das ist zwar weniger genau als eine PCR, die auch einzelne Viren aufspüren kann. Für diagnostische Zwecke könnte es jedoch ausreichen.

Wegen des Verzichts auf ein zyklisches Erwärmen und Abkühlen könnten erste Ergebnisse bereits nach 5 Minuten vorliegen. Die Nachweisgeräte haben die Größe eines kleinen Päckchens, das in jeder Arztpraxis, aber auch in einem Haushalt Platz fände. Für die Analyse der Farbreaktion wählten die Forscher ein handelsübliches Smartphone mit einer guten Kamera (Pixel 4 XL), was die Kosten der Geräte weiter senkt.

Die Bestimmung der Virusmenge könnte sogar genauer sein als bei der PCR-Reaktion, bei der grob von der Zahl der Zyklen, die für den Nachweis benötigt werden, auf die Virusmenge geschlossen wird. Der Test könnte sich deshalb zur Verlaufsbeobachtung oder zur Beurteilung der Infektiosität eignen.

Der Nachweistest befindet sich allerdings noch in einem sehr frühen Stadium. Die Sensitivität wurde nur an 5 Abstrichen untersucht. Ob er sich tatsächlich für den klinischen Einsatz eignet, muss erst noch in weiteren Studien untersucht werden.

rme