研究者らは、ウイルスRNA検出を用いて、呼気サンプル中のSARS-CoV-2を検出する独自の方法を開発しました。
ロードアイランド病院で行われた研究では、SARS-CoV-2は呼気中から容易に検出でき、下気道の関与をより正確に予測できることが明らかになりました。
Bubblerによるウイルス検出は、病院で行われる綿棒採取によるPCR検査と類似しています。
研究者らは、ウイルスRNA検出を用いて、呼気サンプル中のSARS-CoV-2を検出する独自の方法を開発しました。
研究者らは「Bubbler（バブラー）」と呼ぶブレサライザー装置を開発しました。この装置は、空気中のウイルス粒子からRNAを逆転写してDNAに変換し、その後、一般的なPCR検査でCOVID-19を検査できるようにします。
この装置は、酵素反応混合物を用いてウイルスRNAを検出し、DNAに変換します。変換されたDNAはPCR機器を用いて測定できます。Bubblerはさらに、そのDNAにバーコードを付与できるため、サンプルを採取元の患者と直接結び付け、シーケンシングに用いることができます。
新たな研究「Journal of Molecular Diagnostics」において、研究者らはこの装置の設計と試験について報告しています。
「Bubblerは、鼻咽頭の綿棒検査よりも現在の感染をより良く示す指標となる可能性が高い」と、ブラウン大学の分子生物学・細胞生物学・生化学学部の教授であり、主任研究者であるウィリアム・G・フェアブラザー氏は述べています。
Bubblerはガラス管とガラス製のピペットからなる装置で、患者はそこに息を吐き出します。管内には逆転写反応混合物と冷たい鉱物油が満たされています。装置の名称は、患者が装置に息を吐き出した際に生じる泡立つ音に由来しています。
呼気は口腔の綿棒を上回るのか？
研究者らは、2020年5月から2021年1月の間にロードアイランド病院の救急科で治療を受けた70人の患者を対象に調査を行い、呼吸器の3つの部位からサンプルを検査しました。その後、口内の舌の表面を擦って採取した唾液と、Bubblerブレサライザーで採取した15秒間の呼気サンプルを、従来の鼻咽頭綿棒によるPCR検査と比較しました。
この研究では、SARS-CoV-2は呼気中から容易に検出でき、下気道の関与をより正確に予測できることが明らかになりました。ウイルスRNAは口腔サンプルと比べて呼気中に多く含まれる一方、口腔サンプルにはSARS-CoV-2の複製に関わる細胞が含まれており、呼気サンプルにはそれがありません。このことから、Bubblerで検出されたウイルスシグナルは活性のあるウイルス粒子に由来すると著者らは述べています。
COVID-19の検査は通常、唾液または鼻咽頭綿棒によって上気道から採取されたサンプルを用います。陽性サンプルには活性ウイルスが含まれますが、上気道のウイルス量は、肺炎などの下気道の症状とは相関していません。
「下気道の関与は、多くの場合、重症のCOVID-19の前兆となるため、呼気に焦点を当てたより直接的なサンプル採取を検討する意義があります」とフェアブラザー氏は述べています。
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Bubblerブレサライザーのバーコード付与
Bubblerによるウイルス検出は、病院で行われる綿棒採取によるPCR検査と類似しています。ただし、綿棒検査は過去に感染した細胞内に残存するウイルスRNA断片を検出するため、PCR検査では感染後数か月にわたって陽性結果が出ることがあります。
対照的に、Bubblerは空気中のウイルス粒子を検出するため、感染リスクをより適切に測定できると著者らは述べています。研究で著者らは、病院、交通拠点、そしてオフィス、船舶、航空機などの閉鎖空間における環境サンプリングにも応用できると記しています。
「Bubblerのもう一つの利点はバーコード付与であり、従来の検査のごく一部のコストで、高スループットのRNAウイルス検査を可能にします」とフェアブラザー氏は述べています。
バーコードによってウイルス配列が得られ、それによって株の同定も可能になると同氏は述べています。これは、感染力や株特異的な治療判断について新たな情報が得られるにつれ、有用となる可能性があります。また、プールされた複数のサンプルを同時にまとめて処理することもでき、プールサンプルについて、ウイルス量や株の同定などの追加情報を提供し、サンプルの安定化処理を不要にするため、自宅での検査実施も可能になる可能性があります。
研究者らは、Bubblerを空気中のサンプルからウイルスを検出するためにどのように応用できるかも示しました。人の呼気に含まれる飛沫の動きをモデル化するため、気流の多い部屋と少ない部屋において、Bubblerからの距離を変えた異なる3か所に設置した3台の個人用加湿器に、3種類の独自の核酸サンプルを加えました。
この応用についての詳細な検討は本研究の範囲外でしたが、結果から、エアロゾル化した核酸を用いて室内の気流を定量的に把握し、空気中のSARS-CoV-2を検出できる可能性が示されました。
「このような技術は、ホテル、クルーズ船、カジノなどの業界でサービスを再開するうえで役立つ可能性があります」とフェアブラザー氏は述べています。「また、交通拠点や病院の救急科などの早期警戒拠点で空気を定期的に検査することには、疫学的な利点もあります。」
本研究は、国立一般医学研究所およびRoddy Foundationの支援を受けて実施されました。
