非洲豬瘟是由非洲豬瘟病毒引起的一種急性、出血性、高傳染性的豬疾病。迄今為止，仍然沒有廣泛有效的疫苗和治療方式用于應(yīng)對非洲豬瘟，通常依靠快速診斷和撲殺感染豬等手段對疫情進行有效控制。
目前，對于非洲豬瘟的診斷主要依賴于PCR技術(shù)，該技術(shù)依賴于儀器設(shè)備和專業(yè)操作人員，只能在實驗室中進行，無法滿足現(xiàn)場診斷的需求。等溫擴增技術(shù)，如重組酶聚合酶擴增（RPA）、滾環(huán)擴增（RCA）等，具有高效、簡便易行等優(yōu)勢，但其靈敏度有限，難以單獨用于分子診斷。通過與CRISPR-Cas系統(tǒng)聯(lián)用，靈敏度顯著提高，可增加分子診斷的準確性。然而，目前常用的單模式熒光檢測法或比色檢測法易受到環(huán)境干擾，造成檢測結(jié)果的不準確。
2023年5月11日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所馬英新課題組與湖北大學(xué)印文博士合作，在 Analytical Chemistry 期刊上發(fā)表了題為：Fluorescence and Colorimetric Analysis of African Swine Fever VirusBased on RPA-Assisted CRISPR/Cas12a Strategy 的補充封面論文。
該論文首次構(gòu)建了基于RPA-CRISPR/Cas12a系統(tǒng)的非洲豬瘟病毒（ASFV）比色-熒光雙模式檢測策略，通過構(gòu)建新型磁珠-酶報告系統(tǒng)，結(jié)合RPA-CRISPR/Cas12a技術(shù)，實現(xiàn)了對ASFV基因的比色-熒光雙模式精準檢測。
該方法能實現(xiàn)對單拷貝病毒基因組檢測，可用于便攜式可視化診斷，且在臨床樣本應(yīng)用中展現(xiàn)了良好的檢測性能，為病毒感染的快速、精準診斷提供了有力工具。
超高靈敏CRISPR-Cas12a分子診斷傳感器構(gòu)建用于非洲豬瘟病毒感染快速篩查
本研究開發(fā)了一種結(jié)合RPA、CRISPR/Cas12a和磁珠-酶新型報告系統(tǒng)，用于ASFV基因的快速精準診斷的方法。如圖1所示，biotin-ssDNA-azide與DBCO修飾的堿性磷酸酶（ALP）通過點擊化學(xué)反應(yīng)合成biotin-ssDNA-ALP，biotin-ssDNA-ALP與鏈霉親和素修飾的磁珠（SA-MB）結(jié)合獲得MB-ssDNA-ALP報告系統(tǒng)。用RPA擴增ASFV基因序列，獲得擴增子，擴增子與Cas12a-crRNA復(fù)合物結(jié)合，激活Cas12a反式切割活性，切割MB-ssDNA-ALP上的ssDNA，釋放ALP；ALP催化pNPP水解生成pNP，引起比色信號變化，再加入量子點作為熒光報告子，實現(xiàn)比色和熒光的雙模式信號輸出。
圖1：探針構(gòu)建及ASFV檢測原理圖。
biotin-ssDNA-azide與DBCO-ALP通過點擊化學(xué)反應(yīng)獲得biotin-ssDNA-ALP，biotin-ssDNA-ALP與SA-MB偶聯(lián)獲得MB-ssDNA-ALP報告子。RPA擴增ASFV基因，擴增子激活Cas12a-crRNA復(fù)合物，Cas12a非特異性切割biotin-ssDNA-ALP報告子，釋放ALP；ALP水解pNPP，生成黃色pNP，加入藍色QDs后，在內(nèi)濾效應(yīng)作用下，藍色QDs熒光被猝滅。
在該研究中，團隊首先合成、表征了biotin-ssDNA-ALP，并驗證了biotin-ssDNA-N3與DBCO修飾ALP的偶聯(lián)以及MB-ssDNA-ALP探針的合成。然后，考察了RPA擴增ASFV基因的能力。以高度保守的ASFV B646L基因為靶標，設(shè)計了三對RPA引物，通過瓊脂糖凝膠電泳實驗驗證了三對引物都可高效擴增ASFV基因。接著，驗證了CRISPR-Cas12a靶向剪切ASFV基因的能力。設(shè)計靶向三個RPA擴增子序列的crRNA，利用瓊脂糖凝膠電泳驗證了Cas12a被激活并切割RPA擴增子。最后，結(jié)合合成的MB-ssDNA-ALP探針、RPA-CRISPR/Cas12a系統(tǒng)以及藍色CdZnSe QDs，實現(xiàn)了對ASFV基因的比色-熒光雙模式精準檢測，靈敏度達20 copies/mL，可視化檢測104 copies/mL（圖 2A-2D）。
磁分離技術(shù)的使用可有效降低背景信號，實現(xiàn)高信噪比檢測。對比發(fā)現(xiàn)本研究開發(fā)的檢測方法靈敏度高于qPCR，且具有良好的特異性，探針不與其它豬疾病相關(guān)病毒產(chǎn)生交叉反應(yīng)。同時，還探究了該方法在實際樣本中的檢測能力，對12份豬血真實樣本進行了分析，結(jié)果顯示該檢測方法具有100%的準確度（圖2E和2F）。本方法結(jié)合熒光法的高靈敏度和比色法的易讀性，具有良好的靈敏度、便攜性和特異性，為病毒感染的快速、精準診斷提供了有效工具。
圖2 比色-熒光雙模式檢測ASFV基因。（A）不同濃度ASFV基因下，pNP的紫外光譜。（B）400 nm處吸光度與ASFV基因濃度的對數(shù)值之間的線性關(guān)系。（C）不同濃度ASFV基因下，CdZnSe QDs的熒光光譜。（D）熒光強度變化與ASFV基因濃度的對數(shù)值之間的線性關(guān)系。比色（E）和熒光（F）檢測方法用于臨床樣本的分析結(jié)果。可視化檢測結(jié)果均列于圖片上方。
相關(guān)產(chǎn)品
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貨號 |
產(chǎn)品名稱 |
規(guī)格 |
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32104-01 |
AsCas12a(Cpf1) |
100 pmol |
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32104-03 |
1000 pmol |
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32116-01 |
AacCas12b(C2c1) |
100 pmol |
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32116-03 |
1000 pmol |
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32106-01 |
FnCas12a(Cpf1) |
100 pmol |
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32106-03 |
1000 pmol |
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32110-01 |
Lb5Cas12a(Cpf1) |
100 pmol |
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32110-03 |
1000 pmol |
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32101-01 |
SpCas9 |
100 pmol |
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32101-03 |
1000 pmol |
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32102-01 |
Sp-dCas9 |
100 pmol |
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32102-03 |
1000 pmol |
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貨號 |
產(chǎn)品 |
規(guī)格 |
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JY0209 |
雙靶標HybriDetect側(cè)向?qū)游鲈嚰垪l（彩虹型） |
50T |
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JY0307 |
Tiosbio? CRISPR單酶切及擴增產(chǎn)物檢測試紙條 |
50T |
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JY0301 |
CRISPR Cas12/13 HybriDetect試紙條 |
50T |
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JY0308 |
Tiosbio? CRISPR雙酶切檢測試紙條（變色龍） |
50T |
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WLB8201KIT |
DNA恒溫快速擴增試劑盒（基礎(chǔ)型） |
48T |
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WLE8202KIT |
DNA恒溫快速擴增試劑盒（熒光型） |
48T |
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WLN8203KIT |
DNA恒溫快速擴增試劑盒（膠體金試紙條型） |
48T |
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WLRB8204KIT |
RNA恒溫快速擴增試劑盒（基礎(chǔ)型） |
48T |
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WLRE8205KIT |
RNA恒溫快速擴增試劑盒（熒光型） |
48T |
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WLRN8206KIT |
RNA恒溫快速擴增試劑盒（膠體金試紙條型） |
48T |
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WLB5001 |
DNA恒溫快速擴增試劑盒（液體基礎(chǔ)型） |
100T |
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WLN5002 |
DNA恒溫快速擴增試劑盒（液體膠體金型） |
100T |
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WLR5003 |
DNA恒溫快速擴增試劑盒（液體熒光型） |
100T |
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WLRB5001 |
RNA恒溫快速擴增試劑盒（液體基礎(chǔ)型） |
100T |
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WLRN5002 |
RNA恒溫快速擴增試劑盒（液體膠體金型） |
100T |
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WLRE5003 |
RNA恒溫快速擴增試劑盒（液體熒光型） |
100T |