在某个沙漠演习或北极野外营地中,一名美国海军微生物学家或医院军士现在可以拿出一个便携式DNA测序仪,运行一个样本,并在不到30分钟的时间内识别有害病原体,并提供可以帮助检测未知或潜在基因改造生物威胁的数据。
美国海军研究实验室与国防威胁减少局以及陆军和海军研究指挥部合作,成功开发并部署了一种便携式生物检测系统,能够在前线操作的现场进行以前需要完全装备实验室才能完成的工作:现场测序潜在生物威胁的遗传物质,结果足够快速,以便为指挥官的即时决策提供信息。
该系统被称为FFBS,意为远前生物测序(Far-Forward Biological Sequencing),它源于一个名为F-FAST(远前先进测序技术)的十年研究项目。DNA和RNA测序,即读取微生物的遗传密码以准确识别其身份的过程,几十年来一直是医学和研究中的标准实验室程序,但所需的设备历史上一直庞大、昂贵、对环境条件敏感,并由经过培训的实验室科学家操作。F-FAST项目的核心挑战是将所有这些压缩成一种海军医院军士可以在沙漠、船上或北极野外演习中操作的设备,并足够信任结果以采取行动。
海军研究实验室的研究副主任彼得·马蒂克博士描述了测序与军事医务人员目前携带的快速诊断测试之间的根本区别。“通过直接表征遗传物质,”马蒂克说,“远前先进测序技术(F-FAST)和远前生物测序(FFBS)可以确认目标测试的结果,检测以前未知的威胁,并在需要时为医疗和操作决策提供关键数据。”
目标快速测试与遗传测序仪之间的区别在于询问“这是否是我正在寻找的病原体?”与询问“这到底是什么?”之间的差异。快速诊断测试的工作方式类似于家庭COVID测试:它们检查特定已知目标的存在,并返回是或否。如果威胁在测试的列表上,测试就有效。如果不在列表上,新的生物剂、基因改造变体或完全意想不到的东西,测试返回阴性,并提供无用的信息。测序仪读取样本中的实际遗传物质,并将其与已知数据库进行比较,这意味着它可以识别测试未设计的生物体,确认阳性测试结果反映其声称检测的特定菌株或变体,并标记可能表明工程威胁的基因改造。
曾任海军医学研究指挥部生物防御研究局移动实验室团队的查斯琳·沃特斯中尉指挥官用直接的操作背景描述了这一能力。“在现场进行测序甚至识别合成改造基因的能力是遏制生物威胁的一大步,”沃特斯说。“我不知道美国还有其他人在现场以这种技术水平进行操作。”
F-FAST开发过程从一开始就围绕现场测试构建,通过在截然不同的环境中进行实际军事演习来运行设备,以了解哪些部分出现故障、哪些让操作员困惑,以及在系统可以信任之前需要改变什么。NRL科学家参与了包括沙漠冰、青铜公羊、北极边缘、环太平洋海军演习(RIMPAC)等多个演习,环境范围从沙漠高温到北极寒冷。NRL的F-FAST首席研究员加里·沃拉描述了现场测试揭示的情况。“我们与海军和陆军合作伙伴在从沙漠演习到北极行动的环境中并肩工作,”沃拉说……
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美国海军微生物学家和医院军士现在可以在沙漠和北极环境中使用便携式DNA测序仪,在30分钟内识别有害病原体和生物威胁。这一能力是通过前沿先进测序技术(F-FAST)计划开发的,允许根据基因测序结果进行即时的作战决策。当前正在对人员进行该技术的培训。
- 美国海军开发了一种便携式DNA测序仪供现场使用。
- 该系统可以在30分钟内识别有害病原体。
- 该技术是前沿先进测序技术(F-FAST)计划的一部分。
- 在包括沙漠和北极条件在内的各种环境中进行了现场测试。
- 对海军人员进行新技术的培训正在进行中。