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中山大学王佳思、周建华教授团队PddCas——基于数字CRISPR/Cas的多分散液滴无扩增病毒DNA/RNA快速检测

由病毒引发的传染病暴发已导致数百万人死亡和巨大的经济损失。准确、及时地检测病毒核酸对病毒引发的传染病的诊断、监测和预防至关重要。到目前为止,定量聚合酶链式反应(qPCR)由于其高灵敏度和高特异性而仍然是病毒核酸检测的黄金标准。尽管如此,qPCR需要复杂的设备和专业的人员来操作,这不适合于即时检测(POCT)。等温扩增方法如环介导等温扩增反应(LAMP)和重组酶聚合酶扩增反应(RPA),克服了对热循环仪的需求,快速而又简便。然而,这类检测方法往往会带来非特异性扩增,从而影响检测的特异性和可靠性。将等温扩增的便利性和经济性与PCR的诊断准确性结合起来,仍然是一个未得到满足的需求。近年来,规律间隔成簇短回文重复序列(CRISPR)和CRISPR相关蛋白(CRISPR-Cas)被用于核酸检测,其顺式识别和非靶标反式切割机制不同于传统的聚合酶扩增,引起了人们对开发检测DNA/RNA的新技术的极大兴趣。


近日,中山大学生物医学工程学院王佳思周建华教授研究团队开发了一种基于多分散液滴数字化CRISPR-CAS的检测方法(PddCas),用最少的仪器快速、超灵敏、免扩增地检测病毒DNA/RNA。该分析方法对于DNA与RNA的检出限分别为100 aM与10 aM,其灵敏度约为相对应大多数CRISPR检测的3×104-105倍。本次工作中PddCas成功地检测了临床样本中的SARS冠状病毒 (SARS-CoV-2) 和人乳头瘤病毒18型 (HPV18型)。对23份疑似HPV 18的宫颈上皮细胞样本和32份鼻咽拭子检测SARS-CoV-2的敏感性和特异性均为100%。建立并验证了PddCas双基因病毒检测方法。PddCas具有即时检测应用的潜力,有望作为综合公共卫生监测计划的一部分,随时部署用于频繁测试。

图1. PddCas无扩增检测靶DNA或RNA示意图。


图2. PddCas12a/Cas13a正交法检测靶DNA/RNA的评估。


图3. PddCas的临床验证。


近期,该研究成果发表在Analytical Chemistry 上。通讯作者为中山大学生物医学工程学院王佳思副教授、周建华教授与浙江清华长三角研究院李旭辉研究员。该工作得到了中国国家重点研究发展计划 (2021YFF0703300)、中国国家自然科学基金 (31770849) 与浙江省农业农村厅基金 (2022SNJF078) 的资助和广东省传感技术与生物医学仪器重点实验室 (2020B1212060077) 的大力支持。


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PddCas: A Polydisperse Droplet Digital CRISPR/Cas-Based Assay for the Rapid and Ultrasensitive Amplification-Free Detection of Viral DNA/RNA

Yingying Xue, Xinyi Luo, Wenfei Xu, Ke Wang, Mengqi Wu, Lei Chen, Gewei Yang, Kun Ma, Ming Yao, Qinghe Zhou, Qingshan Lv, Xuhui Li*, Jianhua Zhou*, and Jiasi Wang*

Anal. Chem., 202395, 966–975, DOI: 10.1021/acs.analchem.2c03590


作者简介


王佳思,中山大学生物医学工程学院,副教授,硕士生导师。2010年获得吉林大学生物化学与分子生物学硕士学位,2016年在中科院长春应化所化学生物学获博士学位;2016-2019任华盛顿大学生物医学工程专业博士后;2019年至今担任申请单位“百人计划”副教授。生化传感检测及微流控技术实验室核心成员。在核酸分析方面拥有超过10年的实验经验,近年来致力开发新型数字式核酸检测技术。开发了一系列数字式恒温检测方法与芯片,用于定量检测病毒核酸。在现场检测技术开发、CRISPR-Cas技术、病毒精准定量分析方面拥有丰富经验。拥有多学科研究背景,以一作/通讯身份在J. Am. Chem. Soc., Nucleic Acids Res., Small, Mater. Today,Anal. Chem., Lab Chip 等杂志发表论文15篇。


李旭辉,浙江清华长三角研究院研究员,生物技术与医药研究所所长助理,精准医学中心副主任。


周建华,中山大学生物医学工程学院教授,博士生导师,生化传感检测及微流控技术团队负责人。长期从事微流控技术、微纳制造、生物医学微纳检测与传感、快速检测技术、高通量检测和筛选平台、微纳诊疗技术和人工组织器官的研究。近五年主持包括国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目和青年项目、广东省自然科学基金等十余项国家、省市科研项目。目前已发表SCI论文100余篇,其中包括本领域主流期刊Nat. Commun.(2篇), Adv. Mater., Proc. Nati. Acad. Sci., Angew Chem., Nano Letter., Small, Lab Chip, Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Anal. Chem.等;担任60余种国内外期刊的审稿人和仲裁审稿人。申请50余项国家发明专利(PCT 2项)。获2017年广东省科学技术二等奖(4/9)。


https://www.x-mol.com/university/faculty/62331 


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