Coronaviren sind RNA-Viren. Genauer, Viren deren Genom aus einer einzelsträngigen RNA in Plusstrangorientierung besteht. Was heißt das? Die virale RNA wird in einer infizierten Zelle sofort als mRNA verwendet. Sie wird von den Ribosomen der Zelle abgelesen und in Virusproteine übersetzt. Mit Hilfe dieser Proteine werden wieder neue Viruspartikel hergestellt.
Im Familienalbum der Cas-Proteine haben wir Cas13a bereits kennengelernt. Cas13a spürt anstelle von DNA ganz spezifisch RNA auf. Das heißt es müsste doch möglich sein, Cas13a so zu programmieren, dass es die RNA des Coronaviruses erkennt und damit SARS-CoV-2 in einer Probe nachweist.
Genau diesen Ansatz verfolgen Forscher*innen des Broad Institute of MIT (Massachusetts Institute of Technology) und Harvard zusammen mit anderen Arbeitsgruppen am MIT. Unter dem Namen SHERLOCK haben sie ein Testverfahren entwickelt, das sie nun frei zur Verfügung stellen, um schnellst möglich die Entwicklung eines anwendbaren Diagnose-Kits voranzutreiben.
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SHERLOCK als Nachweissystem für Coronaviren – wie funktioniert das?
SHERLOCK basiert auf dem Cas13a Protein (aus dem Bakterium Leptotrichia wadei), das etwas andere Eigenschaften als das bekannte Cas9 aufweist. Cas13a steuert mit Hilfe einer crRNA zielgenau eine RNA-Sequenz an und schneidet diese. Cas13a wird durch das Schneiden der Zielsequenz aktiviert, woraufhin es sämtliche RNA in seiner Umgebung zerstückelt.
Das Test-System
Aus Proben von Testpersonen wird RNA isoliert und vermehrt („amplifiziert“, das ist etwas kompliziert und wird hier nicht beschrieben).
Die Proben-RNA wird in einem kleinen Reaktionsgefäß gemischt mit:
- Cas13a
- einer crRNA, die spezifisch zur RNA-Sequenz des Corona-Virus passt
- vielen Moleküle einer synthetischen RNA, die als „Indikator-RNA“ dient.
Die Indikator-RNA ist an beiden Enden mit einer unterschiedlichen Markierung (A und B) versehen.
Wenn in der Probe Corona-RNA vorhanden ist, wird Cas13a aktiviert und zerschneidet sämtliche RNA, auch die Indikator-RNA. Die beiden Markierungen befinden sich jetzt auf getrennten RNA-Fragmenten (A-Fragmente und B-Fragmente). War keine Corona-RNA vorhanden, bleibt die Indikator-RNA intakt und enthält nach wie vor beide Markierungen (A+B-Indikator-RNA).
Nachgewiesen werden die Indikator-RNA-Fragmente mit einem Teststreifen (ähnlich einem Schwangerschaftstest). Der speziell präparierte Testreifen wird mit einem Ende in das Reaktionsgefäß getaucht, woraufhin die Bestandteile in der Lösung im Teststreifen aufsteigen. Auf dem Teststreifen sind an bestimmten Positionen Bindeproteine angebracht (z.B. Antikörper) die ganz spezifisch die „vorbeikommende“ Indikator-RNA-Fragmente erkennen und festhalten können. Bei dem verwendeten Teststreifen werden an Position A nur RNA-Fragmente mit der A-Markierung festgehalten, an Position B nur RNA-Moleküle, die die B-Markierung enthalten.
Alle intakten Indikator-RNAs bleiben in der ersten Position (A) hängen. Die zerschnittenen RNAs, die nur die Markierung A enthalten, bleiben ebenfalls in Position A hängen. Sobald an Position B Fragmente auftauchen, weiß man, dass in der Probe Coronavirus-RNA enthalten war, denn dann ist das Testergebnis positiv.
Der Test scheint sehr schnell und sensitiv zu sein. Er ist aber noch nicht klinisch validiert und deshalb noch nicht offiziell zugelassen.
Autoren: Wolfgang Nellen, Heike Ziegler
Video und Zeichnung: Science Bridge