מדענים פיתחו בדיקה חדשה לזיהוי הנגיף, המבוססת על חיתוך הרצף הגנטי שלו באמצעות קריספר

במרוץ למציאת אמצעים יעילים למאבק בנגיף הקורונה החדש, SARS-CoV-2, מדענים מגייסים את כל הכלים שנמצאים ברשותם. כעת חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו מציעים שיטה חדשה לאיתור נשאים, באמצעות קריספר (CRISPR), אחד הקלפים החזקים ביותר הקיימים כיום בתחום ההנדסה הגנטית.

מערכת קריספר היא מנגנון שקיים בטבע אצל חיידקים מסוימים, ומסייע להם להתגונן מפני נגיפים. המערכת משתמשת בקוד לזיהוי רצף גנטי נגיפי, ובחלבון ממשפחת CAS שנעזר בקוד הזיהוי כדי לחתוך את הקוד הגנטי של הנגיף הפולש ולשבש אותו. לרשות החיידק יש קודי זיהוי רבים, שמאפשרים לו להתמודד עם מגוון נגיפים ולתקוף אותם בכמה אתרים שונים.

את המנגנון הזה יכולים בני האדם לנצל, ואמנם מנצלים, כדי לערוך ולשנות רצפים גנטיים של בעלי חיים, צמחים וגם בני אדם, ולהנדס בהם תכונות חדשות. כך אפשר לשבש או לתקן פעילות של גֵנים, להחליף גֵן אחד באחר, לאתר את קיומו של רצף גנטי מוגדר ועוד. האפשרות האחרונה הופכת את קריספר למענה אפשרי לצורך בזיהוי מהיר ויעיל של נשאי נגיף הקורונה הגורם למחלת COVID-19.

במחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature Biotechnology, מתארים החוקרים בדיקה חדשה המבוססת על שימוש בחלבון קריספר מסוג CAS12, וכוללת ארבעה מרכיבים מרכזיים: דגימה שנלקחה מדרכי הנשימה של המטופל, מערכת שתפקידה להגדיל את כמות החומר הגנטי הנגיפי, חלבוני CAS12 ומולקולות DNA מסומנות, שהרצף שלהן שונה לחלוטין מזה של הקורונה.  

אילוסטרציה של לקיחת דגימה לבדיקת קורונה | Microgen Images, SPL
לבדיקה נחוצים דגימה מדרכי הנשימה, חלבונים ורצפי DNA מסומנים. אילוסטרציה של לקיחת דגימה לבדיקת קורונה | Microgen Images, SPL

חלבונים, DNA ומולקולות מפיצות אור

בשלב הראשון מוסיפים לדגימה שנלקחה מהחולה תערובת של חלבונים, שיודעת לזהות אם קיים בה חומר גנטי של נגיף הקורונה. במידה ונמצאה נוכחות של הנגיף, אחד החלבונים יוצר העתקים של החומר הגנטי שלו. אך בעוד אותו חומר גנטי נשמר במולקולות RNA, ההעתקים בנויים ממולקולות DNA, אותן CAS12 מסוגל לזהות. לאחר מכן חלבונים נוספים עושים שימוש בהעתקי ה-DNA של הנגיף ומכפילים אותם, כך שמספרם עולה באופן משמעותי. 

בשלב הבא מכניסים החוקרים לתמיסה מולקולות DNA אחרות, שאינן קשורות כלל לקורונה. הייחוד של המולקולות האלה הוא שהן מסומנות בחלבון שמפיץ אור כשהמולקולה נשברת. האור הזה יאפשר בהמשך לפרש את תוצאות הבדיקה.

לבסוף מוסיפים לתמיסה חלבוני CAS12, ביחד עם הרצפים המכוונים אותם לחיפוש רצף DNA ספציפי המייחד את נגיף הקורונה, למשל הקוד שאחראי על ייצור כתר הקוצים הייחודי ל-SARS-CoV-2. ל- CAS12 מנגנון פעולה המאפשר לחוקרים לבצע גם את פעולת זיהוי נגיף הקורונה וגם את פעולת דיווח התוצאות בעזרת אותו חלבון. אם חלבון CAS12 מזהה נוכחות של הרצף החשוד, הוא יופעל ויתחיל לחתוך אותו - ואז ימשיך בעקבות זאת לחתוך גם רצפי DNA אחרים שנמצאים בתמיסה. כשיפגוש במקרה במולקולות ה-DNA המסומנות, הוא יחתוך גם אותן, והאור שיפלט מהן יאשר לבודקים שהיה חומר גנטי של נגיף הקורונה בדגימה המקורית. במידה ו-CAS12 לא יזהה נוכחות של הרצף הנגיפי הוא לא ימשיך לחתוך את מולקולות ה-DNA המסומנות בתמיסה ולא יתקבל אות חיובי לנוכחות נגיף בבדיקה.

היתרון של בדיקות הקריספר לעומת בדיקות אחרות הוא שרוב שלבי הבדיקה יכולים להיעשות במקביל ולחסוך זמן יקר. בנוסף, אפשר לקבל תשובה בשטח באמצעות ערכה ניידת, בדומה לסמנים שמשמשים בערכות לבדיקת היריון ובבדיקות דומות אחרות, או במעבדה על ידי בדיקה של האור הנפלט ממקטעים מסומנים שבורים.

נכון להיום הבדיקה עדיין ניסיונית, ומינהל המזון והתרופות בארצות הברית מאשר רק שימוש חירום בה. ייתכן שבעתיד תיכנס לשימוש בדיקה אחרת בשם SHERLOCK, הנעזרת בחלבון CAS13, הדומה בפעילותו ל-CAS12 אך מסוגל לזהות RNA.