للتغلب على إبطاء وتيرة تتبع حالات كورونا رغم التطور السريع لاختبارات تشخيص الفيروس على مدار العام ونصف العام الماضيين، بسبب ضرورة إرسال الأغلبية العظمى من عيّنات المرضى إلى المختبر للمعالجة، أنشأ الباحثون في معهد (ويس) للهندسة المستوحاة بيولوجياً بجامعة هارفارد، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وعديد من مستشفيات منطقة بوسطن، اختباراً تشخيصياً غير مكلف يعتمد على تقنية (كريسبر)، مما يسمح للمستخدمين بتشخيص فيروس «كورونا» المستجد ومتغيرات متعددة للفيروس بأنفسهم، باستخدام عينة من لعابهم في المنزل، دون الحاجة إلى أجهزة إضافية.
وجهاز التشخيص، المسمى (miSHERLOCK)، سهل الاستخدام ويوفر نتائج يمكن قراءتها والتحقق منها من خلال تطبيق هاتف ذكي مصاحب في غضون ساعة واحدة.
وميز التطبيق، وفق الشرق الأوسط، بنجاح بين ثلاث سلالات مختلفة من الفيروس في التجارب، ويمكن إعادة تكوينه بسرعة لاكتشاف المتغيرات الإضافية مثل دلتا، ويمكن تجميع الجهاز باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد ومكونات متوافرة بشكل شائع بنحو 15 دولاراً.
ويلغي جهاز (miSHERLOCK)، الذي تم وصفه في دراسة نُشرت في 6 أغسطس بدورية «ساينس أدفانسيس» الحاجة إلى نقل عينات المرضى إلى موقع اختبار مركزي ويُبسّط إلى حد كبير خطوات تحضير العينة، مما يمنح المرضى والأطباء صورة أسرع وأكثر دقة لصحة الفرد والمجتمع، وهو أمر بالغ الأهمية أثناء تفشي الوباء.
وتقول روز لي، استشاري الأمراض المعدية بمستشفى بوسطن للأطفال، وزميل زائر في معهد (ويس)، والباحث المشارك بالدراسة في تقرير نشره الموقع الإلكتروني لمعهد ويس «دافع فريقنا لهذا المشروع هو القضاء على الزحام في مراكز التشخيص وتقديم تشخيصات دقيقة لـ(كوفيد-19) مع اعتماد أقل على سلاسل التوريد العالمية، والكشف بدقة أيضاً عن المتغيرات التي بدأت في الظهور».
ويعتمد الجهاز على تقنية تسمى «فتح المراسل الإنزيمي المحدد عالي الحساسية»، والقائمة على المقص الجيني (كريسبر)، والتي تم إنشاؤها في مختبر جيم كولينز، عضو هيئة التدريس بمعهد (وايس) وكبير مؤلفي الدراسة.
وتستفيد التقنية الجديدة من «المقص الجزيئي» الخاص بـ(كريسبر) لقص الحمض النووي الريبي في مواقع محددة، مع ميزة إضافية، حيث يقطع هذا النوع المحدد من المقص أيضاً قطعاً أخرى من الحمض النووي في المنطقة المحيطة، مما يسمح بهندسته باستخدام جزيئات مسبار الحمض النووي، فتنتج إشارة تشير إلى أن الهدف قد تم قطعه بنجاح.
وابتكر الباحثون تفاعل هذه التقنية المصممة لقطع الحمض النووي الريبي للفيروس في منطقة معينة من جين يسمى البروتين النووي Nucleoprotein، يتم حفظه عبر أنواع متعددة من الفيروس.
وعندما يرتبط المقص الجزيئي، وهو إنزيم يسمى (Cas12a) بنجاح ويقطع جين البروتين النووي، يتم أيضاً قطع مجسات الحمض النووي أحادي الجديلة، مما ينتج عنه إشارة الفلورسنت، وقام الباحثون أيضاً بإنشاء فحوصات إضافية مصممة لاستهداف مجموعة من الطفرات الفيروسية في تسلسل بروتين (سبايك) وهي ألفا وبيتا وجاما.
واختار الفريق استخدام عينات اللعاب بدلاً من عينات مسحة البلعوم كطريقة للكشف، لأنه من السهل على المستخدمين جمع اللعاب، وأظهرت دراسات «كورونا» المستجد، أنه يمكن اكتشافه في اللعاب لعدد أكبر من الأيام بعد الإصابة، لكن اللعاب يمثل تحديات خاصة، فهو يحتوي على إنزيمات تعمل على تحلل الجزيئات المختلفة، مما تنتج عنه نسبة عالية من الإيجابيات الكاذبة.
وطوّر الباحثون تقنية جديدة لحل هذه المشكلة، حيث أضافوا أولا مادتين كيميائيتين تسميان DTT وEGTA إلى اللعاب وقاموا بتسخين العينة إلى 95 درجة مئوية لمدة 3 دقائق، مما أزال الإشارة الإيجابية الخاطئة من اللعاب غير المعالج، ثم قاموا بدمج الغشاء المسامي الذي تم تصميمه لاحتجاز الحمض النووي الريبي على سطحه، الذي يمكن أخيراً إضافته مباشرة إلى تفاعل التقنية الجديدة لتوليد نتيجة.
ولدمج تحضير عينة اللعاب وتفاعل التقنية الجديدة في تشخيص واحد، صمم الفريق جهازاً بسيطاً يعمل بالبطارية مع غرفتين، غرفة تحضير عينة ساخنة، وغرفة تفاعل، حيث يبصق المستخدم في غرفة تحضير العينة، ويشعل الحرارة، وينتظر من ثلاث إلى ست دقائق حتى يدخل اللعاب في الفلتر، ويزيل المستخدم الفلتر وينقله إلى عمود حجرة التفاعل، ثم يدفع بمكبس يودع الفلتر في الحجرة ويثقب خزان ماء لتنشيط تفاعل التقنية الجديدة، وبعد 55 دقيقة، ينظر المستخدم من خلال نافذة المصباح الملون إلى غرفة التفاعل ويؤكد وجود إشارة الفلورسنت، يمكنهم أيضاً استخدام تطبيق هاتف ذكي مصاحب يحلل وحدات البكسل التي يتم تسجيلها بوساطة كاميرا الهاتف الذكي لتقديم تشخيص إيجابي أو سلبي واضح.
واختبر الباحثون جهازهم التشخيصي باستخدام عينات لعاب إكلينيكية من 27 مريضاً مصاباً بفيروس (كوفيد-19) و21 مريضاً سليماً، ووجدوا أن الجهاز حدد بشكل صحيح مرضى مصابين بـ(كوفيد-19) بنسبة 96% من الوقت، والمرضى غير المصابين بالمرض بنسبة 95% من الوقت، واختبر الباحثون أداءه ضد متغيرات (ألفا) و(بيتا) و(جاما) ووجدوا أن الجهاز كان فعالاً.