Utilizzando progressi tecnici non ancora sviluppati quando è iniziata l'epidemia di Ebola del 2014, Gli scienziati guidati dall'UC San Francisco hanno completato uno studio di prova del principio su un esame del sangue in tempo reale basato sul sequenziamento del DNA che può essere utilizzato per diagnosticare rapidamente l'Ebola e altre infezioni acute. I ricercatori hanno affermato che il test può essere utilizzato anche dove lo spazio del laboratorio e le infrastrutture mediche sono scarse.

Carlo Chiu, dottore, dottorato di ricerca, professore associato di medicina di laboratorio presso UCSF, ha guidato un team che ha rilevato le impronte genetiche dell'Ebola nei campioni di sangue conservati di due pazienti africani affetti da febbre emorragica acuta, completare la diagnosi entro cinque ore dall'apertura dei campioni:il sequenziamento del DNA stesso ha richiesto solo 10 minuti.

La maggior parte dei test diagnostici genetici disponibili in commercio o basati sulla ricerca mirano a specifici agenti patogeni. Ma i colleghi di Chiu e UCSF hanno sperimentato tecniche che non richiedono l'identificazione preventiva di sospetti agenti patogeni per rilevare le loro impronte genetiche uniche. Questo approccio imparziale di analizzare tutto il DNA in un campione clinico senza sapere quali specie sono presenti, che è stato utilizzato nel rilevamento dell'Ebola, si chiama analisi "metagenomica".

Per ottenere risultati così rapidi i ricercatori hanno sviluppato un nuovo software di analisi e visualizzazione e lo hanno utilizzato su un computer portatile per sfruttare una tecnologia emergente di sequenziamento del DNA nota come sequenziamento dei nanopori.

Nella stessa serie di esperimenti, pubblicato online in Medicina del genoma il 28 settembre, i ricercatori sono stati in grado di rilevare il virus Chikungunya, da un focolaio portoricano, altrettanto rapidamente in un campione di sangue di un donatore senza sintomi, ma che alla fine ha riferito di avere febbre e dolori articolari. In un altro esempio della potenza della tecnica, rilevamento del virus dell'epatite C nel sangue di un paziente UCSF infetto, presente a una concentrazione molto inferiore rispetto agli altri virus, ci sono voluti solo 40 minuti dall'inizio del sequenziamento.

"Questa tecnologia genomica point-of-care sarà particolarmente attraente nei paesi in via di sviluppo, dove le risorse critiche, compresa energia elettrica affidabile, spazio di laboratorio, e capacità del server di calcolo, sono spesso fortemente limitate, " ha detto Chiu.

Molte aziende stanno sviluppando la tecnologia dei nanopori, che distingue i singoli acidi nucleici dalle perturbazioni distintive che creano nelle correnti elettriche mentre attraversano individualmente i pori microscopici. Il gruppo di laboratorio di Chiu è stato uno dei primi a pagare $ 1, 000 per l'accesso a un sequenziatore sperimentale di nanopori di DNA realizzato da Oxford Nanopore Technologies, chiamato il Minion. Il dispositivo è abbastanza piccolo da stare nel palmo della mano ed è alimentato da una connessione USB a un laptop.

L'anno scorso, utilizzando un approccio metagenomico simile al rilevamento dei patogeni, Chiu ha collaborato con i colleghi della UCSF per risolvere un mistero medico che è stato evidenziato in a New England Journal of Medicine argomento di studio. I ricercatori hanno utilizzato il loro software e un'altra tecnologia di sequenziamento del DNA per analizzare tutto il DNA in un campione di fluido spinale, portando alla diagnosi di una causa batterica insolita ma curabile di encefalite in un ragazzo del Wisconsin gravemente malato la cui salute era peggiorata da mesi.

Quella precedente analisi durò due giorni. Il rilevamento di Ebola nel nuovo studio è stato più rapido perché il sequenziamento dei nanopori fornisce dati immediatamente e in tempo reale, a differenza della tecnologia utilizzata nel caso del Wisconsin, che richiede molto più tempo per fornire dati per l'analisi.

La tecnologia nanopore è nuova e ancora soggetta a errori, Chiu ha detto, ma la velocità e la precisione stanno migliorando a un ritmo rapido. Con il tempo necessario per il sequenziamento del DNA, analisi e reportistica ora ridotti a pochi minuti, Chiu ha puntato a snellire e automatizzare la fase di preparazione del campione, che richiede ancora diverse ore, per l'uso sia in laboratorio clinico che in campo.

"Per quello che ci risulta, questa è la prima volta che il sequenziamento dei nanopori è stato utilizzato per il rilevamento metagenomico in tempo reale di agenti patogeni in campioni clinici complessi nel contesto di infezioni umane, " Ha detto Chiu. "Il test imparziale point-of-care per i patogeni mediante un rapido sequenziamento metagenomico ha il potenziale per trasformare radicalmente la diagnosi delle malattie infettive sia in ambito clinico che di salute pubblica".