Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben synthetische genfragmenten van SARS-CoV-2 geproduceerd, het virus dat COVID-19 veroorzaakt. Dit materiaal, die niet-infectieus en veilig te hanteren is, kan fabrikanten helpen om nauwkeurigere en betrouwbaardere diagnostische tests voor de ziekte te produceren.

Tests voor een actieve infectie - in tegenstelling tot antilichaamtests die wijzen op een eerdere infectie - werken door de genen van het virus te detecteren op een neusuitstrijkje. Maar een negatief resultaat betekent niet noodzakelijk dat een persoon ziektevrij is. Het kan zijn dat de hoeveelheid virus te laag is om door de test te worden gedetecteerd, wat vooral mogelijk is tijdens de eerste dagen na het oplopen van het virus.

"Door betere gegevens over testgevoeligheid te hebben, kunnen we begrijpen hoe vaak tests voor COVID-19 een negatief resultaat opleveren voor mensen die daadwerkelijk zijn geïnfecteerd, " zei NIST-onderzoeker Megan Cleveland.

Om hierbij te helpen, Cleveland en haar collega's bij NIST hebben synthetische fragmenten van de genen van het virus geproduceerd, die zijn geschreven in RNA, een molecuul dat informatie codeert zoals DNA.

Het synthetiseren van RNA is niet nieuw of baanbrekend. Wat dit materiaal opmerkelijk maakt, is dat NIST-wetenschappers zeer nauwkeurig hebben gemeten hoeveel fragmenten er in elk flesje zitten dat ze verzenden.

Met behulp van dit materiaal, onderzoekers kunnen de gevoeligheid meten door tests uit te voeren met bekende hoeveelheden viraal RNA. Ze kunnen het ook gebruiken om gevoeligere tests of nieuwe soorten tests te ontwikkelen die sneller of gemakkelijker te beheren zijn.

Het SARS-CoV-2-genoom is ongeveer 30, 000 basenparen lang. De synthetische RNA-fragmenten van NIST zijn elk ongeveer 4, 000 basenparen lang, zoals hier getoond:

NIST-onderzoekers kozen ervoor om deze specifieke fragmenten te synthetiseren omdat ze de RNA-sequenties bevatten die het doelwit zijn van een groot aantal diagnostische tests, inclusief die ontworpen door de CDC.

Deze RNA-fragmenten worden door NIST gedistribueerd in kleine flesjes verpakt in droogijs, samen met een gegevensblad dat de concentratie van de fragmenten in de oplossing vermeldt. De oplossing bevat ongeveer 1 miljoen exemplaren per microliter, of een miljoenste liter (een druppel water bevat ongeveer 20 microliter). NIST heeft deze concentratie meerdere keren gemeten met behulp van een techniek die digitale PCR wordt genoemd, of dPCR, die het aantal individuele DNA-fragmenten in een vloeistofvolume telt.

Onderzoekers kunnen de RNA-fragmenten van NIST gebruiken om de gevoeligheid van coronavirustests te meten. Om dat te doen, ze zouden de geconcentreerde oplossing van NIST gebruiken om een ​​reeks steeds meer verdunde monsters te maken. Ze zouden vervolgens elk van die verdunningen door hun test laten lopen om de laagste concentratie RNA-fragmenten te vinden die nog steeds een positief resultaat oplevert.

Naast het meten van de gevoeligheid, onderzoekers kunnen het synthetische RNA van NIST ook gebruiken om gevoeligere tests of nieuwe soorten tests te ontwikkelen. Bijvoorbeeld, recent onderzoek heeft aangetoond dat het mogelijk is om de verspreiding van COVID-19 in een stad te volgen door gemeentelijk afvalwater te testen. Het materiaal van NIST kan onderzoekers helpen ervoor te zorgen dat ze op betrouwbare wijze zeer lage virusconcentraties kunnen detecteren in miljoenen liters afvalwater.

NIST geeft dit synthetische RNA vrij als een "onderzoekskwaliteitstestmateriaal, " hoewel NIST-wetenschappers van plan zijn het verder te ontwikkelen tot het type standaardreferentiemateriaal (SRM) waar NIST bekend om staat. NIST levert dit materiaal kosteloos aan onderzoekers, testfabrikanten en testlaboratoria. Technische informatie en instructies voor het aanvragen van het materiaal zijn beschikbaar op de NIST-website.

Genetische toeleveringsbedrijven synthetiseren ook delen van het RNA van het virus, maar wat het NIST-materiaal onderscheidt, is de hoeveelheid gegevens die ermee gepaard gaat. Gedetailleerde informatie over hoe NIST-wetenschappers de fragmenten hebben gesynthetiseerd en hun concentratie hebben gemeten, is beschikbaar in een online Guidance Sheet. Extra informatie, inclusief ruwe data en statistische analyses van de concentratiemetingen, is beschikbaar op een GitHub-site. NIST levert deze gegevens als onderdeel van haar missie, als het meetlaboratorium van het land, meetwetenschap vooruit te helpen.

"Het meten van gevoeligheid is een belangrijk onderdeel van testontwikkeling, " zei Peter Vallone, de NIST-onderzoeker die toezicht hield op de ontwikkeling van het nieuwe materiaal. "En we willen ervoor zorgen dat mensen de materialen en informatie hebben die ze nodig hebben om de meest nauwkeurige metingen mogelijk te maken."