Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler

ALP, ALPASLAN

doi:10.5578/mb.20229717

Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler

Alpaslan ALP (Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Ankara,Türkiye)

Mikrobiyoloji Bülteni

10 0

Yıl: 2022 Cilt: 56 Sayı: 3 Sayfa Aralığı: 580 - 591 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.5578/mb.20229717 İndeks Tarihi: 07-09-2022

Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler

Öz:

Hasta başı moleküler tanı testleri enfeksiyon hastalıklarının dünya genelinde kontrol altına alınabilmesi için ümit veren yöntemler haline gelmiştir. Son yıllarda farklı çeşitlerde hasta başı test cihazları üretilerek kullanıma sunulmuştur. Bu cihazların temel özelliği örnek işleme, nükleik asit çoğaltma ve saptama sis- temlerini minyatür bir ortamda birleştirmeleridir. Bu cihazların özellikle sınırlı kaynağa sahip bölgelerde kullanılabilmeleri için ucuz, duyarlı, özgül ve pratik analizler sunabilmeleri gereklidir. Mikroakışkan tekno- lojisi çok küçük hacimli sıvılarla tek bir platform üzerinde çalışılabilmesi nedeniyle yüksek potansiyele sa- hiptir. Hasta başı moleküler testlerin düşük kaynağa sahip bölgelerde kullanılabilmeleri için gerekli anahtar özellikler, ısı döngü cihazına ihtiyaç duyulmaması için izotermal nükleik asit çoğaltma yöntemlerinin kulla- nılması, yüksek sıcaklıklarda uzun süre bozulmadan kalabilecek liyofilize kimyasalların kullanılması ve nis- peten basit test aşamalarıdır. Son yıllarda CRISPR-Cas sistemini temel alan yeni nesil moleküler hasta başı testler geliştirilmiştir. Bu testlerde Cas enzimleri yüksek özgüllükle hedef dizileri tanıyan elemanlar olarak kullanılmaktadır. Bu enzimlerin kollateral parçalama özelliği sayesinde hem hedef nükleotit dizisi hem de solüsyon içinde bulunan işaretli RNA parçalanmakta ve bir sinyal oluşumu gözlenmektedir. Halen devam etmekte olan Coronavirus-2019 pandemisi, hızlı tanı yapabilen laboratuvar yöntemlerinin salgının yayıl- masını önlemede ne kadar önemli olduğunu göstermiştir. Pandemi esnasında gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu yöntemi hızlı bir tanı aracı olarak başarıyla kullanılmış olmasına rağmen, laboratuvarlar dışında daha hızlı tanı sağlayabilecek ve büyük merkezi laboratuvarlardaki yoğun test yükünü hafiflete- bilecek ilave hızlı ve pratik testlere ihtiyaç bulunmaktadır. Hasta başı moleküler testlerin gelecekte bu boşluğu doldurabilecek en iyi adaylardan biri olduğu düşünülmektedir. Gelecekteki çalışmalar, kullanılan yöntemlerin standardizasyonu ve sistemlerin daha da minyatür hale getirilmesi üzerine yoğunlaşacaktır. Bu derleme yazıda, literatürde çalışma sayısının yoğunluk kazandığı nükleik asit çoğaltma yöntemlerinden uyarlanan hasta başı testler ve yeni nesil dizilemeye dayalı hasta başı moleküler testler arasında yer alan ve en yeni grubu oluşturan CRISPR-Cas sistemini temel alan testler tartışılmıştır.

Anahtar Kelime:

Recent Advances in Molecular Point of Care Tests

Öz:

Molecular point of care tests has become promising methods for the global control of infectious diseases in recent years. Different kinds of point of care testing devices have been introduced into the market in the last decade. They are mainly based on miniaturization and integration of sample processing, nucleic acid amplification, and detection systems. These devices must offer a low-cost, sensitive, specific,and practical analysis to be used especially in low-resource settings. Microfluidics has high potential for handling very small volumes of fluids on a single platform. The key design features for molecular point of care tests in resource-limited settings include isothermal nucleic acid amplification methods to eliminate the need for a thermocycler, lyophilized reagents for long-term stability at high temperature and relatively simple test procedures. CRISPR-Cas-based new generation molecular point of care tests have been developed in recent years. In these tests Cas enzymes are used as highly specific target sequence recognition elements. Collateral cleavage activity of these enzymes cleaves both target sequence and labeled RNA in the mixture and a signal is generated. The ongoing Coronavirus 2019 pandemic has shown the importance of rapid diagnostic tests for the prevention of further spread. Although real-time polymerase chain reaction method was used successfully for the rapid diagnosis during the pandemic, additional rapid and practical tests that could be performed outside the laboratories would provide even faster diagnosis and lighten the burden of test load in large central laboratories. Molecular point of care tests are considered to be one of the best candidates to fill the this gap in the near future. The future technology challenges will be the standardization of the methods and further miniaturization of the system components. In this review article, point-of-care tests adapted from nucleic acid amplification methods with a large number of studies in the literature and tests based on the CRISPR-Cas system which constitutes the newest group and which is among the point-of-care molecular tests based on new next- generation sequencing have been discussed.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Derleme Erişim Türü: Bibliyografik

1. Niesters HGM. Clinical virology in real time. J Clin Virol 2002; 25: S3-S12. https://doi.org/10.1016/S1386- 6532(02)00197-X
2. Mackay IM, Arden KE, Nitsche A. Real-time PCR in virology. Nucleic Acid Res 2002; 30: 1292-305. https:// doi.org/10.1093/nar/30.6.1292
3. Lundgren JD, Mocroft A, Gatell JM, Ledergerber B, Monforte AD, Hermans P, et al. A clinically prognostic scoring system for patients receiving highly active antiretroviral therapy: results from the EuroSIDA study. J Infect Dis 2002; 185: 178-87. https://doi.org/10.1086/338267
4. Dunne DW, Pinckard JK, and LV Hooper. Clinical microbiology in the year 2025. J Clin Microbiol 2002; 40: 3889-93. https://doi.org/10.1128/JCM.40.11.3889-3893.2002
5. Chu H, Liu C, Liu J, Yang J, Li Y, Zhang X. Recent advances and challenges of biosensing in point-of-care molecular diagnosis. Sensors and Actuators: B. Chemical 2021; 348: 130708. https://doi.org/10.1016/j. snb.2021.130708
6. Chen H, Liu K, Li Z, and Wang P. Point of care testing for infectious diseases. Clin Chim Acta 2019; 493: 138-47. https://doi.org/10.1016/j.cca.2019.03.008
7. United States Government Accountability Office Center for Science, Technology, and Engineering Health Care. Medical devices: Capabilities and challenges of technologies to enable rapid diagnoses of infectious diseases. August 2017.
8. Drain PK, Hyle EP, Noubary F, Freedberg KA, Wilson D, Bishai W, et al. Evaluating diagnostic point-of- care tests in resource-limited settings. Lancet Infect Dis 2014; 14: 239-49. https://doi.org/10.1016/S1473- 3099(13)70250-0
9. Vashist SK, Luppa PB, Yeo LY, Ozcan A, Luong JHT. Emerging technologies for next-generation point-of-care testing. Trends in Biotechnology 2015; 33: 692-705. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2015.09.001
10. Whitesides GM. The origins and the future of microfluidics. Nature 2006; 442: 368-73. https://doi. org/10.1038/nature05058
11. Dincer C, Bruch R, Kling A, Dittrich PS, Urban GA. Multiplexed point-of-care testing-xPOCT. Trends in Biotech- nol 2017; 35:728-742. doi:10.1016/j.tibtech.2017.03.013 https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2017.03.013
12. Ahmad F, Hashsham SA. Miniaturized nucleic acid amplification systems for rapid and point-of-care diagnos- tics: A review. Analytica Chimica Acta 2012; 733: 1-15. https://doi.org/10.1016/j.aca.2012.04.031
13. Zhang H, Xu Y, Fohlerova Z, Chang H, Iliescu C, Neuzil P. LAMP-on-a-chip: Revising microfluidic platforms for loop-mediated DNA amplification. Trends Analytical Chemist 2019; 113: 44-53. https://doi.org/10.1016/j. trac.2019.01.015
14. Maffert P. New nucleic acid testing devices to diagnose infectious diseases in resource-limited settings. Eur J Clin Microbiol Infect Dis 2017; 36: 1717-31. https://doi.org/10.1007/s10096-017-3013-9
15. Mori Y, Notomi T. Loop-mediated isothermal amplification (LAMP): a rapid, accurate, and cost-effective diagnostic method for infectious diseases. J Infect Chemother 2009; 15: 62-9. https://doi.org/10.1007/ s10156-009-0669-9
16. Park BH, Oh SJ, Jung JH, Choi G, Seo JH, Kim DH, et al. An integrated rotary microfluidic system with DNA extraction, loop-mediated isothermal amplification, and lateral flow strip based detection for point- of-care pathogen diagnostics. Biosensors and Bioelectronics 2017; 91: 334-40. https://doi.org/10.1016/j. bios.2016.11.063
17. Sayad AA, Ibrahim F, Uddin SM, Pei KX, Mohktar MS, Madou M, et al. A microfluidic lab-on-a-disc integrated loop mediated isothermal amplification for foodborne pathogen detection. Sensors and Actuators B 2016; 227: 600-9. https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.10.116
18. Zhang L, Zhang Y, Wang C, Feng Q, Fan F, Zhang G, et al. Integrated microcapillary for sample-to-answer nucleic acid pretreatment, amplification, and detection. Anal Chem 2014; 86: 10461-6. https://doi. org/10.1021/ac503072a
19. Ishino Y, Shinagawa H, Makino K, Amemura M, Nakata A. Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isoenzyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product. J Bacteriol 1987; 169: 5429-33. https://doi.org/10.1128/jb.169.12.5429-5433.1987
20. Barrangou R, Fremaux C, Deveau H, Richards M, Boyaval P, Moineau S, et al. CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes. Science 2007; 315(5819): 1709-12. https://doi.org/10.1126/sci- ence.1138140
21. Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science 2012; 337: 816-21. https://doi.org/10.1126/ science.1225829
22. Chaudhary K, Chattopadhyay A, Pratap D. The evolution of CRISPR/Cas9 and their cousins: hope or hype? Biotechnol Lett 2018; 40: 465-477. doi:10.1007/s10529-018-2506-7 https://doi.org/10.1007/s10529-018- 2506-7
23. Javed MR, Sadaf M, Ahmed T, Jamil A, Nawaz M, Abbas H, et al. CRISPR-Cas system: History and prospects as a genome editing tool in microorganisms. Current Microbiol 2018; 75: 1675-83. https://doi.org/10.1007/ s00284-018-1547-4
24. Gootenberg JS, Abudayyeh OO, Kellner MJ, Joung J, Collins JJ, Zhang F. Multiplexed and portable nuc- leic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6. Science 2018; 360: 439-44. https://doi. org/10.1126/science.aaq0179
25. Katzmeier F, Aufinger L, Dupin A, Quintero J, Lenz M, Bauer L, et al. A low-cost fluorescence reader for in vitro transcription and nucleic acid detection with Cas13a. PLoS One 2019; 14(12): e0220091. https://doi. org/10.1371/journal.pone.0220091
26. van Dongen JE, Berendsen JTW, Steenbergen RDM, Wolthuis RMF, Eijkel JCT, Segerink LI. Point-of-care CRISPR/Cas nucleic acid detection: Recent advances, challenges and opportunities. Biosensors and Bioelect- ronics 2020; 166: 112445. https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112445
27. Nguyen HQ, Nguyen VD, Nguyen HV, Seo TS. Quantification of colorimetric isothermal amplification on the smartphone and its open-source app for point-of-care pathogen detection. Scientific Reports Nature 2020; 10: 15123. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72095-3
28. Nunez-Bajo E, Collins ASP, Kasimatis M, Cotur Y, Asfour T, Tanriverdi U, et al. Disposable silicon-based all-in- one micro-qPCR for rapid on-site detection of pathogens. Nature Communications 2020; 116176. https:// doi.org/10.1038/s41467-020-19911-6
29. Erensoy S. COVID-19 pandemisinde SARS-CoV-2 ve mikrobiyolojik tanı dinamikleri. Mikrobiyol Bul 2020; 54(3): 497-509. https://doi.org/10.5578/mb.69839
30. Kipritci Z, Keskin AÜ, Çiragil P, Topkaya AE. SARS-CoV-2 virüs tespitinde görsel okunan hızlı antijen test kitinin (SGA V-Chek) değerlendirilmesi. Mikrobiyol Bul 2021; 55(3): 461-4. https://doi.org/10.5578/ mb.20219815
31. Demir AB, Bulgurcu A, Appak Ö, Sayiner AA. Türkiye’den bildirilen Sars-CoV-2 izolatlarında RT-PCR primer/ prob bağlanma bölgelerindeki nükleotit değişimlerinin analizi. Mikrobiyol Bul 2021; 55(3): 311-26. https:/ doi.org/10.5578/mb.20219803

APA	ALP A (2022). Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. , 580 - 591. 10.5578/mb.20229717
Chicago	ALP ALPASLAN Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. (2022): 580 - 591. 10.5578/mb.20229717
MLA	ALP ALPASLAN Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. , 2022, ss.580 - 591. 10.5578/mb.20229717
AMA	ALP A Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. . 2022; 580 - 591. 10.5578/mb.20229717
Vancouver	ALP A Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. . 2022; 580 - 591. 10.5578/mb.20229717
IEEE	ALP A "Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler." , ss.580 - 591, 2022. 10.5578/mb.20229717
ISNAD	ALP, ALPASLAN. "Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler". (2022), 580-591. https://doi.org/10.5578/mb.20229717

APA	ALP A (2022). Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. Mikrobiyoloji Bülteni, 56(3), 580 - 591. 10.5578/mb.20229717
Chicago	ALP ALPASLAN Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. Mikrobiyoloji Bülteni 56, no.3 (2022): 580 - 591. 10.5578/mb.20229717
MLA	ALP ALPASLAN Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. Mikrobiyoloji Bülteni, vol.56, no.3, 2022, ss.580 - 591. 10.5578/mb.20229717
AMA	ALP A Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. Mikrobiyoloji Bülteni. 2022; 56(3): 580 - 591. 10.5578/mb.20229717
Vancouver	ALP A Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler. Mikrobiyoloji Bülteni. 2022; 56(3): 580 - 591. 10.5578/mb.20229717
IEEE	ALP A "Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler." Mikrobiyoloji Bülteni, 56, ss.580 - 591, 2022. 10.5578/mb.20229717
ISNAD	ALP, ALPASLAN. "Hasta Başı Moleküler Testlerde Son Gelişmeler". Mikrobiyoloji Bülteni 56/3 (2022), 580-591. https://doi.org/10.5578/mb.20229717