Колодец 2.0 - Технологии нашей жизни.

Как проверить всех на коронавирус

Ротберг - высокоэнергетический биотехнический предприниматель, попавший в карантин на своей суперяхте "Генная машина" с середины марта, когда мы впервые добрались до него по телефону. Создатель машины быстрого секвенирования ДНК и, совсем недавно, революционной дешевой ультразвуковой палочки Ротберг круизировал в Карибском бассейне, когда обрушилась пандемия. "Я был в отпуске и вдруг мир взорвался", - говорит он. Ему не понадобилось много времени, чтобы придумать план. Он шел мимо небольшой лаборатории на своей лодке, когда решил, что делать. "Я сказал: почему бы нам не разобраться, как сделать всю эту тестовую штуку дома?" Отзывы Ротберга. С тех пор он руководит командой из около 60 человек в одной из своих компаний HomoDeus, чтобы попытаться создать домашний генетический тест на вирус. Сейчас генные тесты - самый точный вид - проводятся только в лабораториях или на специальных больничных приборах. Но Rothberg 's - одна из нескольких попыток создать тест, который был бы простым, глупым и достаточно дешевым для того, чтобы кто-то делал дома. Для Ротберга очевидно, что тесты должны стать столь же повсеместными, как мобильные телефоны, если мы хотим вывести мир из изоляции. "Мы можем и дадим каждому возможность диагностировать себя сейчас и в будущем", - заявил он в Twitter, где выкладывает фотографии со своей лодки и дает обновления прогресса. “Любое место. Любое время”.

Кто это сделает? США сильно поссорились с началом тестирования на коронавирус. Тесты остаются ограниченными, и поэтому сейчас возможность того, что каждый может пройти тестирование, все время появляется, ездит по частной инициативе, включая идеи от команды умных предпринимателей и высших академических геномных центров. Около половины населения земного шара находится под прицелом, чтобы задержать распространение коронавируса. Следующий шаг, прекращение социальной изоляции и перезапуск экономики, зависит от мониторинга и отслеживания вируса. И для этого нам может понадобиться масштабное тестирование, подобное тому, что делается на парковках и проездах или дома, так что люди знают, заражены ли они сразу. Предложения о возвращении к новой норме, например, одна продвинутая в Harvard Business Review, говорят, что сделать это зависит от возможности смягчить инфекцию. Ключевые факторы включают в себя предотвращение переполнения в больницах, наличие масок для всех работников и "наличие достаточных возможностей тестирования" для идентификации всех, кто был или был инфицирован. Сколько именно тестов? Коммерческие лаборатории и отделы здравоохранения в настоящее время тестируют около 140 000 человек в день в США, согласно проекту COVID Tracking Project, и они по-прежнему могут расширять свою деятельность. Но под получить спиной, чтобы работать планируют, мы должны будем пойти очень, намного более крупные. Хотя нет единого мнения о том, насколько велик этот показатель, некоторые прогнозы говорят, что мы должны тестировать миллионы людей каждый день, чтобы поймать новые инфекции. Белый дом создал новую коронавирусную целевую группу, Совет по возобновлению работы в Америке, чтобы перезапустить экономику, но он не детализировал план, связанный с тестированием "назад в работу". 11 апреля король-испытатель администрации адмирал Бретт Гиройр заявил, что уровни тестирования вырастут в мае до уровней, необходимых для поддержки повторного открытия, но он сказал, что тестирование всех "физически невозможно" и плохая стратегия.

Это, как представляется, оставляет вопрос о широкомасштабных, частых и повторных проверках на усмотрение частного сектора. "Каждый работодатель и страховщик этого хочет", - говорит Амитабх Чандра, профессор Гарвардской школы бизнеса и автор плана HBR back-to-work, но "все думают, что это сделает кто-то другой". Массовое тестирование, даже если оно дорогое, на самом деле может стать одним из более дешевых способов выхода из кризиса. Профессор MIT Эрик Бриньольфссон говорит, что если тесты обойдутся в $3 каждый, то каждый житель США может пройти тестирование в 10 раз за полгода за $9 млрд. "Это 0,3% от стоимости недавней финансовой помощи", - написал он в Twitter. Массовое тестирование Хотя нет четкого федерального или государственного плана тестирования всех, несколько исследовательских центров находятся на пути к созданию технологий, которые, по их словам, могут сделать это возможным. "Я думаю, что есть два способа это сделать", - говорит Фэн Чжан, научный сотрудник института MIT 's Broad Institute. Одна из них заключается в том, чтобы "собирать образцы у многих людей и обрабатывать их в одном месте", используя сверхбыстрые машины секвенирования генома. «Иначе должен иметь домашний тест, тест нуклеиновой кислоты, который люди могут запустить в их домах, который недорог и легок сделать».

Подумайте о первой схеме, как о массовом централизованном тестировании. Чтобы резко сократить стоимость тестов, лаборатория Чжан и другие демонстрируют, как искать коронавирус с помощью мощных секвенирующих машин следующего поколения, обычно используемых для расшифровки миллиардов писем ДНК в геноме человека или животного. Машины с высокой мощностью зачитывают сразу сотни миллионов битов ДНК. На прошлой неделе лаборатория Чжан описала подход, при котором они могли бы добавлять отдельные молекулярные штриховые коды к образцам пациентов, объединять их, а затем секвенировать их все сразу. Теоретически один инструмент секвенирования может тестировать 100 000 пробы сразу, примерно за день, по $7 каждый. Джонатан Шмид-Бургк, разработавший метод в лаборатории Чжан, говорит, что технология "могла бы позволить экранизировать все население США каждые три месяца". Один из недостатков централизованных схем заключается в том, что все еще существует задержка с сбором и объединением проб и получением результатов. Тем не менее, из-за его большого масштаба может быть полезно создать тепловую карту covid-19, которая могла бы насторожить губернаторов, когда им нужно будет заново ввести меры социального дистанцирования. "Есть вопрос, как его масштабировать, но секвенирование следующего поколения уже есть. Вам нужен научный центр и логистический партнер ", - говорит Шмид-Бургк, который сейчас находится в Германии и разговаривает там с партнерами.
Шри Косури, основатель и генеральный директор биотехнического стартапа Octant, который находится в отпуске из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, разместил планы системы массового тестирования, которую он называет "SwabSeq", с помощью которой один человек мог бы провести 10 000 тесты с поставками на сумму около $10 тыс. Но, как и Чжан, он обеспокоен тем, что его идея не будет использована, так как команды молекулярной биологии не в состоянии понять, как получить 100 000 или миллион болот, или доставить их в одно место, и тем более не использовать ввод данных или определить, как вернуть результаты многим людям. "Если говорить с людьми логистики, они считают, что их - легкая часть, но мало верят в то, что есть технология, которая может масштабироваться до их мощности", - говорит Косури. "В то время как технологи говорят, что технология - легкая часть, а логистика - тяжелая. Это немного курица-яйцо. Мы должны делать ставку и на то и на другое и надеяться на доставку, потому что альтернатива в том, что мы оба ничего не делаем ". Я спросил Косури, не может ли такой технологический центр, как Бостон или Сан-Франциско, самостоятельно двигаться вперед с помощью схемы массового тестирования, возможно, возглавляемой университетом и поддержанной местными чиновниками. Он сказал, что это может случиться. "Все, что нужно, это чтобы одно место было исполнено в масштабе, и тогда все это сделают", - говорит он.

Тестирование дома Другой способ добиться массового тестирования в настоящее время - сделать его децентрализованным - то есть пусть каждый тестирует дома, когда нужно. Генетический тест на дому позволил бы каждому принимать собственные решения. "Если это достаточно дешево, - говорит Чжан, - люди могли делать два теста в день, один утром и один вечером. Тогда они могут решить, будут ли они работать на следующий день ". "Хочется вернуть информацию людям, чтобы они могли использовать эту информацию, чтобы не распространять ее среди других людей", - говорит он. Один тип теста, который можно сделать дома - с пальцевым колом - называется тестом антител. Он ищет в твоей крови признаки того, что ты уже заражен. Эти признаки не развиваются неделю. Напротив, генетические тесты напрямую ищут генетический материал коронавируса. Они более точны и могут идентифицировать инфицированных еще до того, как у них проявятся какие-либо симптомы.

Однако сейчас нет никакого генетического теста для домашнего использования. Это связано с тем, что для большинства методов тестирования генов требуется несколько лабораторных стадий и PCR-машина для быстрого нагрева и охлаждения образца (стадия, помогающая скопировать или амплифицировать генетический материал). Но исследователи, включая Чжан, говорят, что они близки к демонстрации на дому технологии для covid-19 с использованием новых типов химии, которые пропускают циклы нагрева и охлаждения. Лаборатория Чжана наиболее известна своей ролью в разработке инструмента редактирования генов CRISPR, который он и другие сконструировали в новый тип генетического диагностического метода (если присутствует ген из коронавируса, молекула CRISPR разрезает его и устанавливает молекулярную тревогу). Чжан говорит, что начал работать над тестом коронавируса на основе CRISPR в январе "когда я впервые услышал о вирусе", а ко Дню святого Валентина загрузил протокол CRISPR для обнаружения вируса в лаборатории.
Это достаточно простой тест, который занимает всего час, но он все равно включает стадию смешивания и нагревания образца один раз, до примерно 65 ° С, чтобы разорвать вирус и выпустить его РНК. Сейчас лаборатория пытается дополнительно упростить процесс, чтобы продемонстрировать потенциальный домашний CRISPR-тест. "Цель - одноэтапная реакция: ты запускаешь ее, открываешь трубку, кладешь в бумажную полоску", - говорит он. "Это то, на что мы сосредоточились в лаборатории уже пару месяцев". Проблема слюны Ротберг находится в карантине на борту яхты вместе со своими детьми, в том числе дочерью, которая принимает иммуносупрессивные препараты для генетического заболевания, что ставит её под высокий риск, если она заразится. "Она абсолютно не может быть разоблачена, - говорит Ротберг. - Моя жена сказала:" Никто не приходит на лодку и не выходит с нее ".

Для создания домашнего ДНК-теста Ротберг перенаправил усилия HomoDeus, который пытался разработать генную терапию с использованием специальных ферментов, называемых рекомбиназами, типа средства редактирования генов. Химики также предложили путь для проведения домашних геномных тестов, но до пандемии, говорит Ротберг, он этого не преследовал, потому что на диагностических тестах трудно заработать. "Я бы поехал в Давос и каждый год думать о том, чтобы делать это на бумажном полотне, но так и не обойти его", - говорит он. "Мы все совершили огромные ошибки, не действуя, поэтому я чувствую, что должен сделать то, что морально правильно, и сделать домашний тест". В комплексе исследовательских компаний Rothberg, стартовавшем в Гилфорде, штат Коннектикут, на месте остаются только около 10 работников лаборатории, а остальные дистанционно или работают в подвальных лабораториях.

С прошлой недели новая химия, разработанная HomoDeus, поступила в тесты в Йельском университете на болотах от пациентов covid-19. Химические компоненты в основном решаются, но проведение испытания по-прежнему включает некоторое перемещение и смешивание жидкостей. "У нас еще процесс 17-летний мог бы сделать, но не 70-летний", - говорит он. Ротберг говорит, что уже есть прототипы домашнего устройства, которое автоматизировало бы эти шаги - это выглядит как толстая кредитка с камерами для хранения жидкостей. В другом варианте используются крышки, заполненные химическими веществами, которые могут быть навинчены на трубку. По его словам, он использует свою сеть, чтобы заставить людей быстро создавать прототипы печатных плат и 3D-printed моделей. Ротберг говорит, что в проекте по-прежнему есть "огромный технический риск", но дело не в том, работает ли химия; Проблемы являются более практичными. Для кого-то дома проще всего плюнуть в трубку, но непонятно, даст ли это достаточно вируса для тестирования. "Если они просто съели куриный бутерброд, это может выбросить вещи", - говорит Ротберг.

Вместо этого он говорит, что склоняется к фонду Гейтса, который работает над тем, чтобы доказать, что мягкий тампон, прошедший внутри носа, может служить основой либо для тестов по почте, либо на дому. После медленного развертывания тестирования в США Управление по продовольствию и лекарствам начало предлагать "экстренные" разрешения, чтобы компании могли гораздо быстрее внедрять новые форматы тестирования. Ротберг говорит, что ожидает незначительной устойчивости к тесту на ген коронавируса на дому, и говорит, что агентство помогает ему. "Я уверен, что наша проблема не является нормативно-правовой; Это технологии ", - говорит он. Так как скоро он будет готов? Он поставил перед своей командой вопрос о том, чтобы в следующем месяце было изготовлено 10 000 комплектов прототипов вместе с сопровождающим телефонным приложением. "Это будет проект."