Prototyp eines leuchtenden COVID-19-Tests liefert Ergebnisse in einer Minute
Forscher nutzen ein Molekül, das in Krustentieren vorkommt
Die Erkältungs-, Grippe- und COVID-19-Saison bringt das altbekannte Ritual mit sich: Abstrich machen, abwarten und das Ergebnis ansehen. Aber was wäre, wenn ein Test, der nicht 15 Minuten oder länger dauert, mit einer leuchtenden Chemikalie schnell feststellen könnte, ob man COVID-19 hat? In der Zeitschrift ACS Central Science beschreiben Forscher jetzt einen möglichen COVID-19-Test, der von der Biolumineszenz inspiriert ist. Mit Hilfe eines Moleküls, das in Krustentieren vorkommt, haben sie einen schnellen Ansatz entwickelt, der das SARS-CoV-2-Protein vergleichbar mit dem in der Impfstoffforschung verwendeten nachweist.
Unter Verwendung eines biolumineszenten Substrats, das mit dem SARS-CoV-2-Spike-Protein reagiert (siehe Abbildung), haben die Forscher einen potenziellen Ein-Minuten-COVID-19-Test entwickelt.
Ryo Nishihara
Von Glühwürmchen bis hin zu Laternenfischen verfügen viele Tiere über die chemischen Mittel, um Licht zu erzeugen. Normalerweise werden für diese Reaktion das Substrat Luciferin und das Enzym Luciferase benötigt. Eine Klasse von weniger differenzierten Luciferinen, die so genannten Imidazopyrazinon-Verbindungen (IPT), können jedoch leuchten, wenn sie auf andere Proteine treffen, einschließlich solcher, die nicht als Enzyme gelten. Frühere Forschungsarbeiten deuten darauf hin, dass IPT-Luciferine als Grundlage für eine neue Art von medizinischem Test dienen könnten, der die 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, das es den Viruspartikeln ermöglicht, in Zellen einzudringen und COVID-19 zu verursachen - und damit die Tür zur Entwicklung eines leuchtenden Tests öffnet.
Das Team untersuchte zunächst 36 verschiedene IPT-Luciferine auf ihre Fähigkeit, mit einer einzigen Einheit des Spike-Proteins zu reagieren. Nur ein Molekül, das von winzigen Krebstieren der Gattung Cypridina stammte, strahlte Licht aus. Die Forscher testeten dann die Aktivität des Luciferins mit dem Spike-Protein in seinem natürlichen Zustand, d. h. mit drei zusammengefalteten Einheiten. Sie stellten fest, dass im Verlauf von 10 Minuten eine ausreichende Lichtmenge nachgewiesen werden konnte. Ein handelsübliches Lumineszenz-Messgerät war erforderlich; das Licht war mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Weitere Experimente zeigten, dass das IPT-Luciferin selektiv war, da es nicht leuchtete, wenn es sechs Proteinen ausgesetzt wurde, die im Speichel vorkommen. 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 kann wie eine derzeit in der Impfstoffentwicklung verwendete Technik. Allerdings lieferte das Luciferin-System die Ergebnisse in einer Minute - deutlich schneller als die derzeitigen Schnelltests für den Point-of-Care-Bereich.
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 hinzugefügt wird, die im Verdacht steht, COVID-19 zu haben, so die Forscher. Sie weisen darauf hin, dass ein ähnlicher Ansatz zum Nachweis anderer Viren, die spike-ähnliche Proteine besitzen, wie Influenza, MERS-CoV und andere Coronaviren, angepasst werden könnte.
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