Lab på en bomullspinne

Föreställ dig att en pandemisk influensa har brutit ut i Asien. Ett flygplan med exponerade passagerare färdas över Stilla havet mot Los Angeles. En av dem börjar hosta, vilket gör att en påtaglig rädsla sprider sig över hela kabinen.

En flygvärdinna agerar snabbt och effektivt och drar en liten enhet från kupén, tar ett halsprov från den sjuka passageraren och identifierar viruset som influensa. Vid landning sätts alla resenärer i karantän – och spridningen av influensa förhindras.

Det är ett scenario som kan bli verklighet inom en inte alltför avlägsen framtid, tack vare en grupp forskare som har arbetat på sätt att härleda genetisk information från mänskligt DNA mer effektivt.

Dessutom, om det kombineras med ett trådlöst nätverk, kan det spåra spridningen av influensastammar över hela världen.

Allt började med en liten enhet – och en stor idé.

1992 började en multidisciplinär grupp vid University of Michigan utveckla en lab-on-a-chip-enhet, kallad Genotyper, som ett sätt att minska de steg som krävs för att få fram genetisk information från mänskligt DNA med hjälp av mikrotillverkningsmetoder. (Se Notebook för konceptet lab-on-a-chip.)

DNA-härledd information kan användas för att testa allt från om en kyckling är säker att äta, till ursprunget till en blodfläck på en brottsplats eller om ett barn har influensavirus.

Efter flera år av prototyper började forskare från Michigan diskutera potentiella tillämpningar av Genotyper-enheten, som är ungefär lika stor som en TV-fjärrkontroll.

Fördelarna är att [Genotyperna] är väldigt portabel, säger Ronald G. Larson, ordförande för kemiteknikavdelningen i Michigan. Den verkade idealisk för att göra genomik på platsen på virus – och influensa var en logisk kandidat.

Så de började bygga en enhet som snabbt kan identifiera den genetiska sammansättningen av influensaviruset.

Eftersom influensa är ett RNA-virus måste RNA:t först omvandlas till DNA innan det kan amplifieras på chipet. I processen, som kallas PCR (polymeraskedjereaktion), frigörs enzymer som smälter, eller skär, DNA vid vissa punkter.

Hur genen skärs eller inte skärs beror på vilken influensegen du har, säger Larson. DNA-fragmenten körs sedan genom en gel och färgas med fluorescerande taggar, vilket gör det möjligt för forskare att skilja en influensastam från en annan, eller att se om en ny stam har dykt upp.

Hittills har Genotyper testats på mänskliga gener, möss (en vanlig källa för att leta upp genetiska variationer) och på DNA i två influensastammar.

Du har en sorts mikroprocessor, eller hårdvara, säger den ursprungliga gruppmedlemmen Mark A. Burns, professor i kemi- och biomedicinsk teknik vid University of Michigan. Sedan sätter man bara på olika program, men i vårt fall skulle man kalla det våtgods, olika reagens, för att göra tester av olika saker.

Forskarna i Michigan har inte gått igenom processen med ett halsprov eftersom de behöver lösa reningsproblemet (se anteckningsbok). Hittills har de tagit förrenat DNA och genotypat det.

Även om det har gått 36 år sedan den senaste världsomspännande influensapandemin i den mänskliga befolkningen, är hotet om ett samtida utbrott alltid närvarande. De senaste utbrotten av aviär influensa understryker den verkligheten. Dessutom, på grund av dess genetiska föränderlighet, snabba överföring och förmåga att flytta från djur till människa, är behovet av att spåra nya varianter av influensaviruset avgörande. Enligt William A. Petri Jr., professor i medicin, mikrobiologi och patologi vid University of Virginia, är praktiskt taget alla influensaexperter överens om att ytterligare en influensapandemi kommer att inträffa.

Som läkare föreställer sig Petri att en Genotyper-liknande enhet används någon dag för att snabbt identifiera typen, subtypen eller stammen av influensaviruset hos en patient, och sedan en läkare som använder informationen för att välja lämpligt läkemedel.

Petri konstaterar att de flesta patienter idag väntar två till tre dagar innan de besöker läkaren. Om de kunde diagnostisera sig själva hemma inom den kritiska 48-timmarsperioden skulle de kunna få effektivare behandling – och minska risken för att smitta andra.

Om 15 till 20 år hoppas forskarna att en patient kan ta ett prov från näsan eller halsen, lägga det på Genotyper-chippet och självdiagnostisera sitt tillstånd hemma. Sedan kunde data läggas in i ett trådlöst nätverk och varianter av influensan kartläggas stadsdel för stadsdel, stad för stad eller bortom.

Burns föreställer sig ett halvdussin andra möjliga användningsområden för en sådan genetiskt detekterande integrerad enhet (se anteckningsbok). Men han erkänner också att det finns potential för att tekniken kan missbrukas. Skrupelfria sjukförsäkringsbolag eller potentiella arbetsgivare kan till exempel fånga upp information om en individs genetiska sammansättning och diskriminera försäkringstagare eller anställda.

Men hur genomförbar är en sådan revolutionerande diagnostisk enhet?

Att få något sådant här att verkligen fungera på kommersiell nivå innebär många saker, inte bara tekniskt, utan också sociologiskt, ekonomiskt, säger Larson. Trots dessa varningar tror han att det kan bli massproducerat och billigt.

Det vi verkligen försöker göra är att driva fältet framåt och fokusera på vad vi ser som ett stort behov av att spåra virala patogener, säger Larson.

Dölj