本文由嘉宾博主Keith Pardee和Alexander A. Green贡献。
Zika背景
寨卡病毒于1947年在乌干达首次被发现，但几乎没有受到关注，大部分与低发病率和轻度症状有关。1月份，巴西爆发了寨卡病毒，该病毒与更高的感染率和罕见但严重的症状（包括发育不良）有关，这一情况有所改变胎儿小头畸形和吉兰-巴雷综合征的t世界卫生组织宣布进入全球卫生紧急状态，并呼吁快速发展诊断方法. 主要由伊蚊蚊子(蚊和白纹伊蚊)，在国际旅行的帮助下，寨卡病毒预计将蔓延到美国南部、中部和北部人口密集的地区。诊断将在帮助监测和减缓这种传播方面发挥重要作用，直到疫苗项目能够到位，提供社区保护。
用于病原体检测的脚踏开关
2014年，作为博士后研究员柯林斯和哈佛大学Wyss研究所的尹鹏，我们为合成生物学领域开发了两项新的实现技术。第一类是一种新型的可编程核糖调控器，称为“立足点开关”，它允许RNA传感器的合理设计，几乎可以检测任何RNA序列(格林等人，2014年).第二个是体外基于纸张的平台，允许基因电路以无细胞和生物安全的形式部署在实验室外，在室温下稳定长达一年(Pardee et al, 2014）．为了证明这些联合技术的诊断潜力，我们建立了基于纸张的合成基因网络，用于检测埃博拉病毒的抗生素耐药性和菌株特异性诊断。我们最初的概念验证工作令人兴奋，因为它使基于基因电路的传感器能够在实验室之外使用。然而，这些RNA序列的检测阈值(3nm)相当高，高于患者样本(如血液、尿液)的预期值。
为寨卡病毒检测调整支点开关
当寨卡病毒爆发时，我们和实验室的其他成员一直在努力推动基于纸张的平台向更适合现场的形式发展，我们认为，考虑到对低成本、基于现场的诊断的迫切需求，我们的方法可能会产生影响。全球有多达22亿人生活在有利于病毒传播的地区，这突出了我们的动机伊蚊蚊子(Messina等人，2016年）．我们迅速组建了一个由学生、博士后和教授组成的团队，以尽快推进这个项目，并在6周后将我们的手稿提交给了《细胞》杂志。
寨卡病毒发布时间表
我认为，我们可以代表论文中所有的作者说，将我们基于论文的平台开发成寨卡病毒临床相关诊断的时间表令人望而生畏。这需要真正的团队努力和许多深夜，不像大多数研究那样，但对测试的迫切需要确实催化了我们尽快完成工作的决心。从一开始，我们就通过最初设计和订购几十个版本的toehold开关和放大引物来分散项目的风险。这有助于确保随着我们的分析变得更加严格，我们有许多成功的传感器可供利用，并避免了在等待后续DNA寡聚体到来之前的任何生产效率损失。我们还仔细地为团队的每个成员设定了要完成的明确任务，以便项目的许多要素能够并行地快速推进。更广泛地说，我们利用了团队的创造力和专业知识，但在我们需要更多专业知识时，我们毫不犹豫地接触到更大的研究群体。也许最令人震惊的是，有七家机构参与了这项工作。所有参与方的这种包容和开放的方法肯定有助于我们在如此短的时间内完成项目。
我们的文章最终报道了一种快速设计和原型管道的开发，该管道可以在短短一周内将病原体序列信息从公共数据库转移到经过验证的传感器的生产(Pardee等人，2016年)使用基于toehold开关的RNA传感器，我们的方法使用病原体基因组的一部分作为唯一的条形码来识别含有病毒的样本。在48个传感器中，针对基因组的24个区域，我们已经放置了性能最好的传感器，并构建了编码寨卡病毒基因组相应部分的Addgene-to-facilitate与寨卡病毒研究社区快速共享这些工具。
正如我们所报道的，我们已经将这种基于开关的下一代RNA传感器嵌入到广泛的分子和电子伴侣技术基础设施中，从而改变了检测的能力。具体来说，这包括引物定向等温RNA扩增，新的立脚点开关设计，CRISPR/ cas9介导的基因分型，以及我们提供便携式定量诊断结果的电子阅读器。我们的方法现在检测临床相关浓度的样品(1-3 fM;1 x106我们的综合生物分子工具可以区分寨卡病毒的全球毒株(亚洲、非洲和美国血统)。由于这种病毒的美国血统导致了神经系统症状，因此在目前的疫情中，菌株区分尤其重要。我们还首次展示了我们在活性病毒上的技术，并表明我们可以在临床相关的环境中检测病毒。寨卡病毒的分子诊断主要着眼于患者血液和尿液样本中的病毒载量;我们证明，我们可以直接从感染猴的血浆中检测病毒，而无需对病毒进行纯化或浓缩。
今后的工作
展望未来，我们的短期努力集中在寻找必要的资源，通过产品开发、监管程序和生产来推进技术，以便我们能够尽快将诊断程序送到全球卫生应急人员手中。我们的长期目标是推进我们的可编程方法，以满足其他关键需求，并进一步发展我们的快速原型和传感器组装管道，以应对未来出现的病原体或健康危机。
非常感谢我们的客座博主Keith Pardee和Alexander Green!
Keith Pardee是多伦多大学Leslie Dan药学院的助理教授。他的研究重点是开发用于人类健康和环境的无细胞合成生物学应用。
Alexander A.Green是亚利桑那州立大学分子设计与仿生生物设计中心和分子科学学院的助理教授。他的团队从事合成生物学、纳米材料科学和自组装在健康、能源和可持续性方面的应用研究。
工具书类
1.Pardee，Keith等，“使用可编程生物分子组件快速、低成本检测寨卡病毒。”单间牢房(2016)．PubMedPMID:27160350．
2.等。“立足点开关:去新设计的基因表达调控器。”单间牢房159.4（2014）：925-939.PubMedPMID:25417166．公共医学中心PMCID:PMC4265554．
3.基于纸张的合成基因网络单间牢房159.4(2014): 940 - 954。PubMed PMID: 25417167。公共医学中心PMCID:PMC4243060．
4.Jane P. Messina等。“绘制寨卡病毒全球环境适宜性分布图。”艾利夫5 (2016): e15272。PubMedPMID: 27090089．
参考资料在Addgene博客188博金宝官网
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