Der leuchtende Prototyp eines COVID-19-Diagnosetests liefert Ergebnisse in einer Minute

Die Erkältungs-, Grippe- und COVID-19-Saison bringt das mittlerweile bekannte Ritual mit sich: Abstrich, warten, Ergebnis betrachten. Aber was wäre, wenn ein Test, anstatt 15 Minuten oder länger zu dauern, mit einer leuchtenden Chemikalie schnell feststellen könnte, ob Sie COVID-19 haben? Jetzt in ACS Zentralwissenschaft, Forscher beschreiben einen möglichen COVID-19-Test, der von der Biolumineszenz inspiriert ist. Mithilfe eines in Krebstieren vorkommenden Moleküls haben sie einen schnellen Ansatz entwickelt, der das SARS-CoV-2-Protein vergleichbar mit einem in der Impfstoffforschung verwendeten Verfahren nachweist.

Von Glühwürmchen bis zu Laternenfischen verfügen viele Tiere über die chemischen Werkzeuge, um Licht zu erzeugen. Typischerweise erfordert diese Reaktion das Substrat Luciferin und das Enzym Luciferase. Allerdings kann eine Klasse weniger differenzierter Luciferine, bekannt als Verbindungen vom Imidazopyrazinon-Typ (IPT), aufleuchten, wenn sie auf andere Proteine ​​treffen, einschließlich solcher, die nicht als Enzyme gelten.

Frühere Untersuchungen deuten darauf hin, dass IPT-Luciferine als Grundlage für einen neuen medizinischen Testtyp dienen könnten, der Lumineszenz nutzt, um das Vorhandensein eines Zielproteins in einer Probe anzuzeigen. Ryo Nishihara, Ryoji Kurita und Kollegen vermuteten, dass ein IPT-Luciferin mit dem SARS-CoV-2-Spike-Protein reagieren könnte, was es den Viruspartikeln ermöglicht, in Zellen einzudringen und COVID-19 auszulösen – und die Tür für die Entwicklung eines leuchtenden Tests zu öffnen.

Das Team untersuchte zunächst die Fähigkeit von 36 verschiedenen IPT-Luciferinen, mit einer einzelnen Einheit Spike-Protein zu reagieren. Nur ein Molekül, das von winzigen Krebstieren der Gattung Cypridina stammte, strahlte Licht aus. Anschließend testeten die Forscher die Aktivität des Luciferins mit dem Spike-Protein in seinem natürlichen Zustand, als drei zusammengefaltete Einheiten.

Sie fanden heraus, dass innerhalb von 10 Minuten eine ausreichende Lichtmenge erfasst werden konnte. Benötigt wurde ein handelsübliches Lumineszenz-Lesegerät; Das Licht konnte mit bloßem Auge nicht gesehen werden. Zusätzliche Experimente zeigten, dass das IPT-Luciferin selektiv war, da es nicht leuchtete, wenn es sechs im Speichel vorkommenden Proteinen ausgesetzt wurde. Sie definieren diese spezifische Lumineszenzreaktion durch Nicht-Luciferase-Biomoleküle als „Biomolekül-katalysierende Chemilumineszenz (BCL)“.

Schließlich fanden sie heraus, dass das Luciferin die Menge des Spike-Proteins im Speichel mit der gleichen Genauigkeit nachweisen konnte wie eine Technik, die derzeit in der Impfstoffentwicklung eingesetzt wird. Allerdings lieferte das Luciferin-System Ergebnisse innerhalb einer Minute – deutlich schneller als die aktuellen Point-of-Care-Schnelltests.

Dieser BCL-basierte Ansatz könnte als Grundlage für einen einfachen „Mix and Read“-Test dienen, bei dem das IPT-Luciferin dem unbehandelten Speichel einer Person zugesetzt wird, bei der der Verdacht besteht, an COVID-19 erkrankt zu sein, so die Forscher. Sie stellen fest, dass ein ähnlicher Ansatz angepasst werden könnte, um andere Viren zu erkennen, die Spike-ähnliche Proteine ​​besitzen, wie etwa Influenza, MERS-CoV und andere Coronaviren.