研究團(tuán)隊(duì)利用微流控芯片“空間編碼”技術(shù),并結(jié)合CRISPR和恒溫?cái)U(kuò)增RPA技術(shù),開發(fā)了一種多靶標(biāo)核酸檢測技術(shù)平臺“MiCaR”(Microfluidic device integrated with CRISPR-Cas12a and multiplex RPA),該方法在40分鐘內(nèi)可檢測多達(dá)30種不同的病原體,靈敏度可達(dá)0.26 aM。研究人員以常見的9種HPV亞型為例進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和方法表征。由于HPV各亞型間核酸序列差異很小,為避免交叉識別,研究人員對RPA引物和crRNA進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和多輪篩選并找出了最優(yōu)組合;研究團(tuán)隊(duì)利用前期發(fā)現(xiàn)的新型CRISPR報(bào)告分子DNA G-三鏈體,通過9×9矩陣式交叉測試實(shí)現(xiàn)了9重靶標(biāo)的準(zhǔn)確鑒別。
(圖源:Xu ZC, et al., l., Nat Commun, 2022, 13, 6480)
該研究以“基于CRISPR和RPA恒溫?cái)U(kuò)增反應(yīng)的微流控“空間編碼”芯片用于核酸多靶標(biāo)檢測”(Microfluidic space coding for multiplexed nucleic acid detection via CRISPR-Cas12a and recombinase polymerase amplification)為題發(fā)表在國際期刊《自然-通訊》上發(fā)表。精密測量院博士徐志辰和湖北省婦幼博士陳冬娟為文章第一作者,精密測量院核酸復(fù)合物結(jié)構(gòu)與功能研究組研究員李穎為通訊作者。
科研動(dòng)態(tài)
精密測量院在多靶標(biāo)核酸快速檢測方面取得了新進(jìn)展
近日,精密測量院聯(lián)合湖北省婦幼醫(yī)院科研團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種可用于多種核酸靶標(biāo)分子快速、低成本檢測的微流控芯片技術(shù)平臺,該平臺有望廣泛用作病原微生物感染的快速診斷工具。相關(guān)研究進(jìn)展近日發(fā)表在國際期刊《自然-通訊》(Nature Communications )上。
快速、低廉和多重病原體的檢測對人類健康和全球安全具有重大價(jià)值,在當(dāng)前新冠感染大流行背景下,其意義尤為顯著。目前,新一代測序(Next-generation sequencing, NGS)和熒光定量PCR(RT-qPCR)已被廣泛用于多種病原微生物的檢測。近年來,基于CRISPR的核酸檢測方法,因其較高的特異性和靈敏度,也已被應(yīng)用于感染類診斷方法的開發(fā)。CRISPR診斷方法crRNA準(zhǔn)確識別核酸靶標(biāo)序列,并激活CRISPR蛋白剪切報(bào)告分子,從而釋放出信號實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)的檢測。然而,由于缺乏合適技術(shù)的引入和集成,現(xiàn)有大多數(shù)CRISPR診斷平臺仍只能檢測少數(shù)核酸靶標(biāo)分子。
研究團(tuán)隊(duì)利用微流控芯片“空間編碼”技術(shù),并結(jié)合CRISPR和恒溫?cái)U(kuò)增RPA技術(shù),開發(fā)了一種多靶標(biāo)核酸檢測技術(shù)平臺“MiCaR”(Microfluidic device integrated with CRISPR-Cas12a and multiplex RPA),該方法在40分鐘內(nèi)可檢測多達(dá)30種不同的病原體,靈敏度可達(dá)0.26 aM。研究人員以常見的9種HPV亞型為例進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和方法表征。由于HPV各亞型間核酸序列差異很小,為避免交叉識別,研究人員對RPA引物和crRNA進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和多輪篩選并找出了最優(yōu)組合;研究團(tuán)隊(duì)利用前期發(fā)現(xiàn)的新型CRISPR報(bào)告分子DNA G-三鏈體,通過9×9矩陣式交叉測試實(shí)現(xiàn)了9重靶標(biāo)的準(zhǔn)確鑒別。
MiCaR平臺工作流程圖
(圖源:Xu ZC, et al., Nat Commun, 2022, 13, 6480)
為進(jìn)一步簡化操作,研究人員引入了30通道微流控芯片,通過多種表征方式,證實(shí)了芯片的均勻分流和檢測功能。研究人員利用微流控芯片獨(dú)特的“空間編碼”能力(相對于傳統(tǒng)的熒光編碼),結(jié)合RPA和CRISPR,利用一種熒光分子即可實(shí)現(xiàn)多重靶標(biāo)的同時(shí)檢測,可大幅簡化分子體系和儀器設(shè)備?;诖?,研究團(tuán)隊(duì)使用MiCaR檢測了100份宮頸拭子,結(jié)果表明芯片檢測結(jié)果與臨床結(jié)果具有很高的一致性,證實(shí)了本研究方法穩(wěn)定性、實(shí)用性。最后研究人員利用MiCaR測試了一組呼吸道病毒的多個(gè)靶標(biāo),進(jìn)一步證實(shí)了這一技術(shù)平臺的通用性和應(yīng)用前景。
前期,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量研究,利用核磁共振等多種分析手段證實(shí)了CRISPR-Cas12a可以剪切DNA G-四鏈體和G-三鏈體 (Chem Comm, 2020;Biosens Bioelectron, 2021),并成功將其發(fā)展為CRISPR-Cas12a的報(bào)告分子,實(shí)現(xiàn)了CRISPR檢測體系靈敏度的大幅提升。
使用MiCaR系統(tǒng)對患者樣本進(jìn)行HPV分型
(圖源:Xu ZC, et al., l., Nat Commun, 2022, 13, 6480)
該研究以“基于CRISPR和RPA恒溫?cái)U(kuò)增反應(yīng)的微流控“空間編碼”芯片用于核酸多靶標(biāo)檢測”(Microfluidic space coding for multiplexed nucleic acid detection via CRISPR-Cas12a and recombinase polymerase amplification)為題發(fā)表在國際期刊《自然-通訊》上發(fā)表。精密測量院博士徐志辰和湖北省婦幼博士陳冬娟為文章第一作者,精密測量院核酸復(fù)合物結(jié)構(gòu)與功能研究組研究員李穎為通訊作者。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院以及湖北省科技廳的支持。
文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-34086-y