新冠病毒檢測對于控制疾病傳播、及早診斷治療具有重要意義。熒光定量PCR由于高靈敏度和特異性成為了新冠病毒檢測的金標準。由于設備昂貴、操作繁瑣,熒光定量PCR技術很難用于現場即時檢測。近些年來,也開發出了重組酶擴增(RPA)、環介導等溫擴增(LAMP)、DNA納米傳感器等快速檢測方法。然而假陽性問題制約著這些技術的推廣應用。“基因魔剪”CRISPR技術為這一問題的解決提供了新的思路。其中,CRISPR-Cas12和Cas13除了能夠靶向切割目標片段,激活的Cas蛋白能夠產生側向切割活性,也就是非特異性切割其他片段,這一特性是CRISPR技術用于核酸檢測的基礎。加州大學Jennifer Doudna團隊和麻省理工學院張鋒團隊分別開發了基于CRISPR-13的DETECTOR、基于CRISPR-12a的SHERLOCK檢測系統。疫情期間許多研究者也開發了針對SARS-CoV-2的CRISPR檢測產品。最近的兩項研究在現有的CRISPR技術上進一步優化升級,提高了靈敏度和檢測速度。(具體內容可參看:新技術助力冠狀病毒快速檢測)
標題
第一項研究是由麻省理工學院張鋒團隊主導的,題為“Detection of SARS-CoV-2 with SHERLOCK One-Pot Testing ”發表在國際知名醫學期刊NEJM上。研究者采用逆轉錄、LAMP、CRISPR技術偶聯的策略,并優化了核酸提取步驟,代之以簡單的磁珠富集方法,實現了一步法CRISPR核酸檢測(STOPCovid.v2)。研究者通過對COVID-19臨床樣本進行雙盲試驗,結果顯示新技術靈敏度93.1%、特異性98.5%,檢測效力與熒光定量PCR一致。SARS-CoV-2陽性樣本在15-45min內即可檢出。該方法操作簡單快速,靈敏準確,便于流水線批量操作,可以直接用試紙或熒光儀觀察結果,成本、設備要求低。
檢測流程與效果評價
第二項研究則是來自康涅狄格大學的劉長春團隊,研究成果發表在國際知名期刊Nature Communications上,題為“Ultrasensitive and visual detection of SARS-CoV-2using all-in-one dual CRISPR-Cas12a assay ”。研究者開發了多合一的AIOD-CRISPR檢測平臺。首先設計一對crRNA分別靶向兩個靠近引物的不同位點,與cas12a形成復合物,同時在反應體系中加入DNA復制相關酶系。當RPA反應開始時,DNA雙鏈解開并暴露出cas復合體結合位點,CRISPR-Cas識別并切割靶序列,同時活化切割報告元件,隨著RPA反應進行,靶序列數量增多,活化CRISPR-Cas也增多,釋放熒光數量指數級增加。研究者發現在LED、UV光甚至照明燈下也能明顯觀察到顏色差異,而且反應在37℃左右就可進行,在低溫環境只需暖手寶就可啟動反應。研究者分別對實驗室病毒載體、臨床樣本進行測試,僅需20min就可肉眼分辨陽性樣本,精確度與熒光定量PCR一致。該方法方便簡單,可以直接觀察,與相應的儀器配合使用,可以定量測定樣本中病毒含量,同時成本低廉,僅需6美元。
檢測原理與效果評價
這些研究都有助于CRISPR技術更好與核酸檢測相結合,實現低成本、高精度、快速的核酸檢測,有望應用于COVID-19疫情的控制,特別是用于公共場合及落后地區。