研究人员使用基因编辑技术进行便携诊断,在15分钟内产生结果 | 智能技术-副本

发布日期:2019-12-20 10:00


 美国国防部呼吁研究人员开发检测致病威胁的设备,在不到15分钟的时间内进行多达1000次诊断测试。
 
 理想情况下,这些
人工智能设备将确定病原体的存在,以及有关它的有用细节,例如它是否是耐药品种,感染的严重程度,以及任何合并感染。
 
 代表军方对突破性技术进行投资的国防高级研究计划局(Defense Advanced Research projects Agency,简称DARPA)将监督该计划。
 
 科学家们以前曾努力制造这种诊断--任何东西--“星际迷航”启发的设备,但没有太多成功。但DARPA认为,利用基因编辑技术的新技术可以实现这一目标。
 
 如果项目预算得到白宫的批准,DARPA将能够向提倡者奖励超过6000万美元。将于12月11日在亚特兰大举行情况介绍会。DARPA项目经理Renee Wegrzyn与IEEE Spectrum谈论了她对这些强大设备的愿景。
 
 IEEE Spectrum:告诉我对这样的设备的需求。你如何想象它们会被使用?

 Renee Wegrzyn:当国防部(DoD)的决策者在疾病爆发期间进入现场时,可以决定下一步做什么的时间非常短--使用什么对策,提供哪些保护设备,或者部署多少医生。例如,一个团队可能在直升机上有6个座位和100个病人,他们需要一种方法来快速确定谁最需要疏散和紧急护理。我们需要一种设备,能够在不到15分钟的时间内提供关于疫情爆发的非常高质量、高可信度的信息。
  
 光谱:这些设备应该能够诊断哪些疾病?
  
 Wegrzyn:区分疟疾和埃博拉的能力将对护理和检疫产生重大影响。或者对于流感,我们可以使用这个设备来确认它不仅是流感,而且是不是抗药性的那种,以及它是否是猪源性的。提名者必须从大约六个不同的国防部相关小组中进行选择,包括呼吸系统疾病小组,发烧小组和脓毒症小组。但我们鼓励研究人员带上他们自己的目标,因为我们希望看到这些设备在项目之外的商业发展。

光谱:我们已经对这些疾病进行了诊断;它们怎么会不足呢?
 
 Wegrzyn:我们今天拥有的工具要么是快速处理低信任信息,要么是速度慢--就像一段时间内--提供更详细的信息。2009年H1N1流感爆发的挑战是,我们从所使用的按需诊断设备中得到了如此多的假阴性,[错误]促成了疾病的早期传播。
 
 SPECTRUM:为什么DARPA要求两个设备,而不是一个?
 
 Wegrzyn:我们想要的第一个设备是便携式的需要点诊断,它可以确认至少10种不同病原体的存在。该设备应该是不含电子产品的,并且提供的结果对于未受过训练的眼睛来说是可读的--有点像怀孕测试。第二个设备应该是大规模多路复用的,并且可以包括电子设备。该工具应该能够一次进行1000次测试,并告诉我们有关病原体的更多详细信息,例如它是否具有抗药性。我们将第一个设备视为初始通过,将第二个设备视为非常全面的测量。两者都应在15分钟内提供答案。
 
 光谱:许多研究人员已经尝试制作这些便携式诊断-任何小工具。但事实证明,它具有挑战性,出现了很多失败。我想到了一些公司,他们继续尝试或失败了,开发出只需几滴血的血液测试,以及高通Tricorder XPrize,它最终产生了几个获奖设备,但并没有真正生产出人们想象中的“星际迷航”启发的Tricorder。这些尝试和DARPA现在试图实现的目标之间有什么区别?
 
 Wegrzyn:这方面的不同之处在于引入了基因编辑技术。拥有提供遗传信息的便携式诊断分子工具的能力确实是新的。
 
 光谱:当我想到基因编辑技术时,我想到的是有选择地改变用于治疗用途的遗传密码,或者操纵植物和动物的特征。基因编辑是如何作为诊断的?
 
 Wegrzyn:这是使用基因编辑工具CRISPR的一种新方法,它还没有作为诊断应用于临床。一条被称为向导RNA的遗传密码短链,引导基因编辑分子追捕并结合到表明疾病的RNA密码的相关片段上。作为一个检测器,这个基因编辑复合体被靶标激活,一旦被激活,编辑器的非靶标或并行活动就开始处理附近的其他RNA,这些RNA充当信号放大器,可以很容易地被检测到。因为有很多偏离目标的活动,所以信号会被放大,甚至可以用肉眼在纸上读出。2017年和2018年发表的论文对此进行了进一步的描述。
  
 SPECTRUM:SPECTRUM读者如何参与?
 
 Wegrzyn:如果我们要扫描1000种不同的东西,我们需要计算和生物信息学方面的人员,他们可以帮助我们确定真正的信号而不是噪音,并弄清楚如何优先读出结果。我们还需要一个用户友好的界面,这样未经训练或最低限度训练的用户就可以解释结果。那是在后端。在前端,我们将需要开发正确的指导RNA代码。例如,在流感基因组中,有数以千计的流感病毒株共有的RNA序列,所以我们需要引导RNA来识别这些共同的序列并确定它是否是流感。我们还需要非常特异的引导RNA,可以找到表明流感毒株具有抗药性的突变。我们希望所有这些都能接入现有的生物监控网络,这样这些设备就可以在疾病爆发之前帮助跟踪疾病。 
 
 SPECTRUM:你正在调用程序DIGET,它代表用基因编辑技术检测它。你怎么读这个首字母缩写词,提案的截止日期是什么时候?
 
 Wegrzyn:我们把它读成“digit”。第一份提案截止日期为1月7日。