Lab på en podepind

Forestil dig, at en pandemisk influenza er brudt ud i Asien. Et fly med udsatte passagerer rejser over Stillehavet mod Los Angeles. En af dem begynder at hoste, hvilket får håndgribelig frygt til at brede sig i hele kabinen.

En stewardesse agerer hurtigt og effektivt og trækker en lille enhed fra loftsrummet, tager en halsprøve fra den syge passager og identificerer virussen som influenza. Ved landing er alle rejsende i karantæne - og spredningen af ​​influenza modarbejdes.

Det er et scenarie, der kan blive en realitet i en ikke alt for fjern fremtid, takket være en gruppe forskere, der har arbejdet på måder at udlede genetisk information fra menneskets DNA mere effektivt.

Desuden kan det, hvis det kombineres med et trådløst netværk, spore spredningen af ​​influenza-stammer over hele verden.

Det hele begyndte med en lille enhed – og en stor idé.

I 1992 begyndte en tværfaglig gruppe ved University of Michigan at udvikle en lab-on-a-chip-enhed, kaldet en Genotyper, som en måde at reducere de nødvendige trin for at indsamle genetisk information fra menneskeligt DNA ved hjælp af mikrofremstillingsmetoder. (Se Notebook for lab-on-a-chip konceptet.)

DNA-afledt information kan bruges til at teste alt fra, om en kylling er sikker at spise, til oprindelsen af ​​en blodplet på et gerningssted, eller om et barn har influenzavirus.

Efter flere års prototyper begyndte Michigan-forskere at diskutere potentielle anvendelser af Genotyper-enheden, som er omtrent på størrelse med en fjernbetjening til tv.

Fordelene er, at [Genotyperne] er meget bærbare, siger Ronald G. Larson, formand for kemiingeniørafdelingen i Michigan. Det virkede ideelt til at lave genomik på stedet på vira - og influenza var en logisk kandidat.

Så de begyndte at bygge en enhed, der hurtigt kan identificere den genetiske sammensætning af influenzavirus.

Da influenza er et RNA-virus, skal RNA'et først omdannes til DNA, før det kan amplificeres på chippen. I processen, kaldet PCR (polymerasekædereaktion), frigives enzymer, der fordøjer eller skærer DNA'et på bestemte punkter.

Måden genet klippes eller ikke klippes på afhænger af, hvilket influenzagen du har, siger Larson. DNA-fragmenterne køres derefter gennem en gel og farves med fluorescerende tags, hvilket gør det muligt for forskere at skelne en influenzastamme fra en anden, eller at fortælle, om en ny stamme er dukket op.

Indtil videre er Genotyper blevet testet på menneskelige gener, mus (en almindelig kilde til at søge efter genetiske variationer) og på DNA i to influenzastammer.

Du har en slags mikroprocessor eller hardware, siger det oprindelige gruppemedlem Mark A. Burns, professor i kemisk og biomedicinsk ingeniørvidenskab ved University of Michigan. Så tager man bare forskellig software på, men i vores tilfælde ville man kalde det wetware, forskellige reagenser, til at lave test af forskellige ting.

Michigan-forskerne har ikke gennemgået processen med en halsprøve, fordi de skal løse rensningsproblemet (se notesbog). Indtil videre har de taget foroprenset DNA og genotypet det.

Selvom det er 36 år siden den sidste verdensomspændende influenzapandemi i den menneskelige befolkning, er truslen om et nutidigt udbrud altid til stede. Nylige udbrud af fugleinfluenza understreger denne virkelighed. Desuden er behovet for at spore nye varianter af influenzavirus kritisk på grund af dets genetiske mutabilitet, hurtige overførsel og evne til at bevæge sig fra dyr til menneske. Ifølge William A. Petri Jr., professor i medicin, mikrobiologi og patologi ved University of Virginia, er stort set alle influenzaeksperter enige om, at endnu en influenzapandemi vil opstå.

Som læge forestiller Petri sig, at en Genotyper-lignende enhed bliver brugt en dag til hurtigt at identificere typen, undertypen eller stammen af ​​influenzavirus hos en patient, og derefter en læge, der bruger oplysningerne til at vælge det passende lægemiddel.

Petri bemærker, at de fleste patienter i dag venter to til tre dage, før de besøger lægen. Hvis de var i stand til at diagnosticere sig selv derhjemme inden for den kritiske 48-timers periode, kunne de få mere effektiv behandling – og mindske chancerne for at smitte andre.

Om 15 til 20 år håber forskerne, at en patient kan tage en næsepodning eller en halsprøve, lægge den på Genotyper-chippen og selvdiagnosticere sin tilstand derhjemme. Derefter kunne data indtastes i et trådløst netværk og varianter af influenzaen kortlægges kvarter for kvarter, by for by eller udenfor.

Burns forestiller sig et halvt dusin andre mulige anvendelser for en sådan genetisk detekterende integreret enhed (se notesbog). Men han erkender også, at der er potentiale for, at teknologien kan blive misbrugt. Skruppelløse sygeforsikringsselskaber eller potentielle arbejdsgivere kan for eksempel opsnappe oplysninger om en persons genetiske sammensætning og diskriminere forsikringstagere eller ansatte.

Men hvor gennemførlig er sådan en revolutionerende diagnostisk enhed?

At få sådan noget til virkelig at fungere på et kommercielt niveau involverer mange ting, ikke kun teknologisk, men også sociologisk, økonomisk, siger Larson. På trods af disse forbehold mener han dog, at det kunne blive masseproduceret og billigt.

Det, vi virkelig forsøger at gøre, er at skubbe feltet frem og fokusere på det, vi ser som et stort behov for at spore virale patogener, siger Larson.

skjule