211service.com
Laboratoř na výtěru
Představte si, že v Asii vypukla pandemická chřipka. Letadlo s nechráněnými pasažéry letí přes Tichý oceán směrem k Los Angeles. Jeden z nich začne kašlat a v kabině se rozšíří hmatatelný strach.
Letuška, která jedná rychle a efektivně, vytáhne z prostoru nad hlavou malé zařízení, odebere nemocnému cestujícímu vzorek z krku a identifikuje virus jako chřipku. Při přistání jsou všichni cestující v karanténě – a šíření chřipky je zmařeno.
Je to scénář, který se může stát realitou v nepříliš vzdálené budoucnosti, a to díky skupině výzkumníků, kteří pracovali na způsobech, jak efektivněji odvodit genetickou informaci z lidské DNA.
Navíc v kombinaci s bezdrátovou sítí by mohla sledovat šíření chřipkových kmenů po celém světě.
Všechno to začalo malým zařízením – a velkým nápadem.
V roce 1992 začala multidisciplinární skupina na University of Michigan vyvíjet zařízení lab-on-a-chip, nazývané Genotyper, jako způsob, jak snížit počet kroků potřebných k získání genetické informace z lidské DNA pomocí metod mikrovýroby. (Koncept lab-on-a-chip viz Notebook.)
Informace odvozené z DNA lze použít při testování všeho, od toho, zda je kuře bezpečné ke konzumaci, po původ krevní skvrny na místě činu nebo zda má dítě chřipkový virus.
Po několika letech prototypování začali vědci z Michiganu diskutovat o potenciálních aplikacích zařízení Genotyper, které je velké asi jako dálkové ovládání televizoru.
Výhodou je, že [genotyp] je velmi přenosný, říká Ronald G. Larson, předseda oddělení chemického inženýrství v Michiganu. Zdálo se, že je ideální pro provádění genomiky virů přímo na místě – a chřipka byla logickým kandidátem.
Začali tedy stavět zařízení, které dokáže rychle identifikovat genetickou výbavu viru chřipky.
Protože chřipka je RNA virus, musí být RNA nejprve převedena na DNA, než může být amplifikována na čipu. V procesu zvaném PCR (polymerázová řetězová reakce) se uvolňují enzymy, které štěpí nebo štěpí DNA v určitých bodech.
Způsob, jakým se gen přeruší nebo nepřeruší, závisí na tom, který gen chřipky máte, říká Larson. Fragmenty DNA pak prochází gelem a barví se fluorescenčními značkami, což umožňuje vědcům rozlišit jeden kmen chřipky od druhého nebo zjistit, zda se objevil nový kmen.
Genotyp byl zatím testován na lidských genech, myších (běžný zdroj pro hledání genetických variací) a na DNA u dvou kmenů chřipky.
Máte jakýsi mikroprocesor nebo kus hardwaru, říká původní člen skupiny Mark A. Burns, profesor chemického a biomedicínského inženýrství na University of Michigan. Pak si jen nasadíte jiný software, ale v našem případě byste to nazvali wetware, různá činidla, abyste dělali testy různých věcí.
Výzkumníci z Michiganu neprošli procesem se vzorkem hrdla, protože potřebují vyřešit problém čištění (viz Notebook). Doposud odebírali předčištěnou DNA a genotypovali ji.
Přestože od poslední celosvětové pandemie chřipky v lidské populaci uplynulo 36 let, hrozba současného propuknutí je vždy přítomná. Nedávné propuknutí ptačí chřipky tuto realitu podtrhuje. Kromě toho je potřeba sledovat nové varianty viru chřipky, vzhledem k jeho genetické proměnlivosti, rychlému přenosu a schopnosti přecházet ze zvířete na člověka, zásadní. Podle Williama A. Petriho Jr., profesora medicíny, mikrobiologie a patologie na University of Virginia, se prakticky všichni odborníci na chřipku shodují, že dojde k další pandemii chřipky.
Petri si jako lékař představuje zařízení podobné genotypu, které se jednoho dne použije k rychlé identifikaci typu, podtypu nebo kmene chřipkového viru u pacienta, a poté lékař na základě získaných informací vybere vhodný lék.
Petri podotýká, že většina pacientů dnes čeká dva až tři dny, než navštíví lékaře. Pokud by byli schopni diagnostikovat sami sebe doma během kritického období 48 hodin, mohli by získat účinnější léčbu – a snížit šance na infekci ostatních.
Vědci doufají, že za 15 až 20 let si pacient bude moci vzít výtěr z nosu nebo hrdla, vložit jej na čip Genotyper a sám si doma diagnostikovat svůj stav. Poté by bylo možné zadávat data do bezdrátové sítě a mapovat varianty chřipky podle sousedství, města od města nebo dále.
Burns předvídá půl tuctu dalších možných využití takového integrovaného zařízení pro detekci genetické informace (viz Notebook). Ale také uznává, že existuje potenciál pro zneužití technologie. Bezohledné zdravotní pojišťovny nebo potenciální zaměstnavatelé by například mohli zachytit informace o genetické výbavě jednotlivce a diskriminovat pojistníky nebo zaměstnance.
Ale jak proveditelné je takové revoluční diagnostické zařízení?
Docílit toho, aby něco takového skutečně fungovalo na komerční úrovni, zahrnuje mnoho věcí, nejen technologicky, ale také sociologicky, ekonomicky, říká Larson. Navzdory těmto výhradám si však myslí, že by se mohl stát sériově vyráběným a levným.
Co se skutečně snažíme udělat, je posouvat pole vpřed a zaměřit se na to, co vidíme jako velkou potřebu sledování virových patogenů, říká Larson.