COVID-19 merupakan suatu penyakit yang disebabkan oleh Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Berdasarkan laporan World Health Organization (WHO) (https://covid19.who.int/) per Juli 2022, jumlah kasus positif COVID-19 secara global yang telah terkonfirmasi mencapai sekitar 565 juta kasus dengan jumlah kematian sebanyak lebih dari 6.37 juta kasus. Sedangkan untuk situasi di Indonesia, berdasarkan data dari Gugus Tugas Percepatan Penanganan COVID-19 (https://covid19.go.id/) per 25 Mei 2021, terdapat sekitar 6.15 juta kasus positif COVID-19 dengan jumlah kematian sebanyak lebih dari 156.000 kasus.
Deteksi awal terhadap masyarakat terkait paparan SARS-CoV-2 memainkan peran penting dalam mengatasi penyebaran COVID-19, dengan memungkinkan penerapan tindakan kontrol cepat yang membatasi penyebaran melalui identifikasi kasus, isolasi, dan pelacakan kontak (yaitu, mengidentifikasi orang yang mungkin telah melakukan kontak dengan pasien yang terinfeksi). Metode yang dianggap sebagai golden standard untuk deteksi infeksi SARS-CoV-2 adalah Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction (RT-PCR). RT-PCR mendeteksi keberadaan virus (melalui deteksi materi genetiknya) pada sampel yang diambil dari saluran pernapasan. Walaupun memiliki keakuratan yang tinggi (di atas 95%) dan dapat mendeteksi keberadaan SARS-CoV-2 segera setelah obyek pemeriksaan terpapar, namun metode berbasis RT-PCR membutuhkan penanganan sampel dan pelaksanaan uji oleh personel yang terlatih, serta instrumen dan reagen dengan harga yang relatif tinggi. Salah satu metode alternatif pendeteksian materi genetik SARS-CoV-2 adalah menggunakan biosensor RNA yang memiliki kelebihan sebagaimana metode berbasis RT-PCR di mana yang dideteksi adalah materi genetik dari SARS-CoV-2 sehingga dapat mengenalli pasien positif segera setelah paparan virus, sekaligus juga memiliki kelebihan di mana uji yang dilakukan relatif mudah dan dapat memberikan hasil dalam waktu singkat.
Biosensor RNA yang akan dikembangkan berbasis pada sistem toehold switch. Komponen utama dari kit deteksi yang akan dikembangkan adalah suatu mRNA (messenger RNA) sintetik yang mengandung gen reporter (misal; green fluorescence protein).Keberadaan RNA dari SARS-CoV-2 akan menghasilkan pendaran cahaya yang dapat dideteksi secara visual dan dengan alat seperti microplate reader. Biosensor RNA ini juga dapat diaplikasikan ke suatu matriks kertas sehingga dapat menjadi kit deteksi SARS-CoV-2 portabel yang mudah didistribusikan ke berbagai pelosok daerah, terutama yang tidak memiliki sarana prasarana medis yang memadai (Gambar 1).
Berbagai Biosensor RNA Berbasis Toehold Switch untuk SARS-CoV-2
Perkembangan perangkat diagnostik COVID-19 berbasis toehold switch telah dilaporkan sejak tahun 2021. Grup dari berbagai institusi telah mengembangkan RNA biosensor dengan fitur yang berbeda. Grup dari National Centre for Biological Sciences mengembangkan biosensor dengan gen pelapor lacZ yang akan mengkatalisis reaksi yang menghasilkan sinyal warna saat mendeteksi adanya SARS-CoV-2 di sampel pasien. Sementara itu biosensor RNA dari grup riset di Bilkent University, Turki dan Pohang University of Science and Technology, Korea Selatan menawarkan kecepatan deteksi yaitu 60-70 menit. Dan terakhir adalah sistem biosensor RNA untuk SARS-CoV-2 dari yang dapat dianggap sebagai yang paling mutakhir saat ini dari Brigham Young University, Amerika Serikat. Sistem tersebut selain mampu mendeteksi SARS-CoV-2 dari sampel saliva dalam waktu hanya 7 menit, juga telah berhasil diaplikasikan dalam suatu matriks kertas yang memungkinkan pendeteksian dengan biaya 0.5 USD (Rp. 7500, -) per sampel.
Prospek Masa Depan bagi Biosensor RNA Berbasis Toehold Switch
Seperti yang dijelaskan dalam uraian di atas, diagnostik COVID-19 berbasis toehold switch yang dikembangkan saat ini telah memenuhi kriteria ASSURED (affordable, sensitive, specific,
user-friendly, rapid and robust, equipment-free, and deliverable to end-users) dari WHO. Hal tersebut dapat dinilai dari sisi biaya pengujian yang rendah, kecepatan dan sensitivitas diagnosis yang tinggi, serta kemudahan penggunaan. Selain itu perkembangan ilmu bioinformatika dan biologi sintetik saat ini memungkinkan perancangan dan produksi biosensor RNA berbasis toehold switch hanya dalam hitungan minggu sehingga menawarkan keunggulan yang berharga untuk mengatasi munculnya varian baru SARS-CoV-2 atau patogen lainnya yang bermutasi dengan cepat. Untuk dapat digunakan sebagai kit diagnostik komersial, biosensor RNA berbasis toehold switch harus lulus uji klinis termasuk pembandingan terhadap alat diagnostik yang ada untuk memastikan kualitas hasil analisis. Selain itu, spesifisitas dan sensitivitasnya perlu dievaluasi dalam situasi di lapangan, di mana kondisi lingkungan seperti suhu, kelembaban, atau debu dapat mengurangi kinerja kit diagnostik.
Penulis: Almando Geraldi, S.Si., Ph.D.
Judul: Update on the Development of Toehold Switch-Based Approach for Molecular Diagnostic Tests of COVID-19
