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CRISPR分子诊断技术(五)

2021.6.29
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

25   DETECTR达到了aM水平的灵敏度和≤7个碱基的特异性。例如,它能准确地检测出受试者携带的是哪种亚型的HPV。

图片来源:参考资料2和10

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26   在同期Science论文中,张锋团队从三个方面着手完善SHERLOCK:多重化、定量化和去荧光。先说多重化:他们挑选了来自两个不同菌株的Cas13a和来自两个不同菌株的Cas13b。每个酶的crRNA不同,激活后能剪切的核苷酸对也不相同。这样,在理论上他们可以构建出一个有4个频道的多重分析方法。

图片来源:参考资料9

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27  在一个实验中,他们通过包括了两个Cas13b, 一个Cas13a,和一个Cas12a的SHERLOCK准确地检验出一个样品是否含有塞卡病毒(ZIKV)的RNA,登革热病毒(DENV)的RNA, 一个靶DNA或一个靶RNA。不同靶分子的信号通过四个不同的荧光频道(FAM, TEX, Cy5和HEX)分别显示出来。

图片来源:参考资料9

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28   在定量化的方向上,他们发现以前SHERLOCK中RPA一步使用的引物浓度过高,导至DNA扩增跨越了指数线性增长阶段而达到饱和阶段,无法定量测量靶核酸分子。这次他们将引物系列稀释,找到了合适的引物浓度——240nM(中图)。改进后的SHERLOCK在较宽的样品浓度范围内(低至渺摩尔)可持续定量(右图)。

图片来源:参考资料9

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29   SHERLOCK虽然不需要PCR仪,但由于结果的显示还需要测量荧光信号,它无法真正做到“仪器自由”。这也限制了它在野外、居家、诊所、非医院场所和偏远地区的使用。张锋团队因此尝试开发金标层析格式的SHERLOCK,以通过颜色变化来读取结果。报告RNA两端的荧光素和淬灭剂被分别置换成biotin和FAM。如果报告RNA没有被剪断,金纳米颗粒-FAM抗体-FAM-报告RNA-biotin耦合物就会被strepavidin滞留在第一条线上,第二条线则不显色。如果报告RNA被剪断,金纳米颗粒-FAM抗体-FAM被释放,就能跑到第二条线上,被protein A滞留。所以诊断结果的阳性或阴性可通过第二条线显色或不显色判读。这与验孕棒的使用类似。

图片来源:参考资料9

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30     张锋团队用金标层析格式的SHERLOCK成功地检测到浓度低至2aM的塞卡病毒RNA。整个测试只需1小时。

图片来源:参考资料9

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31    金标SHERLOCK也可以被用来做癌症病人的快速液体活检。从非小细胞肺癌(NSCLC)患者的唾液样品中,他们可以检测到游离DNA中是否含有突变的EGFR基因(L858R)。至此,从多重化、定量化和去荧光三个方面,张锋团队在实验室里完成了对SHERLOCK的第一次技术迭代。

图片来源:参考资料9

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32    在下一篇Science论文中,张锋实验室与哈佛的Pardis Sabeti实验室合作,继续将SHERLOCK向产业化的方向推进。这次他们的主攻方向是病毒即时检测。近些年来,全球屡遭各种病毒瘟疫的肆虐。如果我们在疫情初发时,就能开发出快速、准确的现场诊断方法(POCT),那么疫情的扩散就可以得到有效的控制。这个方法要非常robust(“皮实”、稳健、抗干扰)和便捷,适用于各种条件。为了直接从患者的体液样品中分析、读取信号,两个团队发明了HUDSON技术(Heating Unextracted Diagnostic Samples to Obliterate Nucleases), 通过加热的方式(还加了TCEP/EDTA)先灭活核酸酶再灭活病毒,最后通过SHERLOCK诊断。所有反应都在一个容器内进行,不需要换液、提纯(与图20对比)。他们可以用HUDSON+SHERLOCK从患者的血清、唾液或尿样中高灵敏度地检测出塞卡病毒的RNA——荧光或金标两种格式都可以。

图片来源:参考资料15

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33   在疫区诊断时不但要知道是何种病毒感染,还要判断出是哪种病毒亚型。他们也设计了DENV的诊断套餐,从患者的体液样品中迅速诊断出含有哪种或哪几种亚型的DENV(右下图中上数第二个和第五个样品就携带两种亚型病毒)。这个套餐测试不是多重测试,而是把RPA扩增产物分成几份儿,通过不同的crRNA和相同的Cas13平行测定。测定结果非常准确,没有假阳性或假阴性结果。

图片来源:参考资料15

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