中國科研人員首創CRISPR等溫擴增基因檢測技術

2021-01-12 生物谷

 

近日，中國科學院深圳先進技術研究院博士周文華等在CRISPR等溫擴增基因檢測技術領域取得新進展。相關工作「A CRISPR-Cas9-triggered strand displacement amplification method for ultrasensitive DNA detection」（《一種應用於核酸超敏檢測的CRISPR-Cas9鏈取代擴增技術》）發表於國際刊物《自然-通訊》（Nat. Commun. 2018， 9， 5012）。論文共同第一作者是周文華和研究助理胡麗，通訊作者是研究員喻學鋒。

核酸分子檢測已被廣泛應用於精準醫療、食品安全檢疫、公共安全監控等多個領域。儘管基於PCR（聚合酶鏈式反應）的核酸檢測技術被廣泛用於專業檢測機構，但由於該技術操作複雜、儀器昂貴、以及涉及多重變溫過程，並不適用於基層檢測和家庭檢測。為了克服PCR技術的缺點，一類不依賴變溫的檢測技術，即等溫擴增檢測技術得到廣泛關注。然而，當前等溫擴增技術在靈敏度、特異性和抗幹擾度方面仍各自有著其內在缺陷，且成熟的等溫擴增技術核心專利大多掌握在國外公司手中。因此，迫切需要開發出一種性能更優異，且具有完全自主智慧財產權的新的核酸等溫擴增檢測技術，以滿足我國在核酸檢測領域日益增長的需求。CRISPR/Cas9作為一種源自原核生物獲得性免疫系統的基因定點編輯技術，自發現以來已吸引了大量科研關注和投資興趣。然而，由於人體的複雜性和倫理方面的爭議，基於CRISPR技術的臨床基因治療仍面臨著諸多困難和挑戰。另一方面，由於該技術操作簡便、靈敏度高、抗幹擾性強等優勢，目前已開始在體外核酸分子的檢測領域得到應用。但目前以CRISPR技術為基礎的核酸檢測手段仍依賴傳統的PCR技術或等溫擴增技術對靶分子進行擴增，其創新性和適用範圍仍有待提高。

針對這些現狀，喻學鋒課題組創新性地提出利用CRISPR系統效應蛋白Cas9在與靶核酸分子結合過程中獨特的構象變化，作為鏈取代等溫擴增反應的開關，高效啟動針對靶核酸分子的指數倍擴增（簡稱CRISDA技術）。相比於傳統PCR和其他等溫擴增技術，CRISDA技術有著諸多獨特優勢。第一，該技術靈敏度高。基於CRISPR技術良好的抗幹擾性，該技術可在複雜背景條件下，對aM（10-18M）濃度的靶核酸分子進行高效擴增檢測。第二，CRISDA技術特異性強。通過在機理上的特殊優化，該技術很好地規避了在傳統CRISPR基因編輯技術中普遍存在的脫靶效應，可實現對極低濃度的靶核酸分子進行單核苷酸多態性（SNP）檢測。第三，CRISDA技術普適性極強。在針對不同靶位點的檢測反應中，所需的擴增引物設計簡單、無需優化，可迅速實現對新位點的檢測反應體系開發。除此之外，該技術檢測過程完全等溫，並且在從室溫到42oC的範圍內均保持良好的擴增檢測效果，可充分滿足在實際檢測中對新靶點的檢測需求。目前，課題組已利用該技術成功檢測出人基因組中乳腺癌相關的單核苷酸位點突變，並在野生型大豆中成功檢測出萬分之三的轉基因大豆。

同時，由於CRISDA技術所具有的獨特優勢和超越傳統PCR技術的應用前景，以該技術為背景的「基於CRISPR-Cas系統的核酸高敏快速等溫檢測技術」項目在中科院首屆「率先杯」未來技術創新大賽中，從數百個項目中脫穎而出，獲得最終優勝獎，並已吸引了多家投資機構前來洽談產業化事宜。目前，課題組正將該技術應用於突發或新型傳染病的檢測，如新型流感、非洲豬瘟等，並正積極開發相關檢測試劑盒。(生物谷Bioon.com）

 

小編推薦會議  2019先進體外診斷行業峰會

http：//meeting.bioon.com/2019ivd？__token=liaodefeng

相關焦點

  • CRISPR等溫擴增基因檢測技術取得新進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院博士周文華等在CRISPR等溫擴增基因檢測技術領域取得新進展。　　核酸分子檢測已被廣泛應用於精準醫療、食品安全檢疫、公共安全監控等多個領域。儘管基於PCR（聚合酶鏈式反應）的核酸檢測技術被廣泛用於專業檢測機構，但由於該技術操作複雜、儀器昂貴、以及涉及多重變溫過程，並不適用於基層檢測和家庭檢測。為了克服PCR技術的缺點，一類不依賴變溫的檢測技術，即等溫擴增檢測技術得到廣泛關注。
  • 酶促重組等溫擴增(ERA)技術簡介
    酶促重組等溫擴增技術（ERA技術）是蘇州先達基因公司研發團隊研發的具有全球自主智慧財產權等溫核酸擴增技術，它利用抗體製藥領域先進的Molecular Design、Directed Evolution、Affinity Maturation 等技術手段，將來源於細菌，病毒和噬菌體的特定工具酶進行改造突變並篩選其功能
  • 酶促重組等溫擴增（ERA）技術簡介
    酶促重組等溫擴增技術（ERA技術）是蘇州先達基因公司（www.gendx.cn）研發團隊研發的具有全球自主智慧財產權等溫核酸擴增技術，它利用抗體製藥領域先進的Molecular Design、Directed Evolution、Affinity Maturation 等技術手段，將來源於細菌，病毒和噬菌體的特定工具酶進行改造突變並篩選其功能，通過不同的核酸擴增反應體系進行優化組合，從而獲得核心的重組等溫擴增體系
  • 國際豬業專家原創文章(文摘-快速檢測豬肉中剛地弓形蟲的環介導等溫擴增技術的建立)
    本實驗建立的環介導等溫擴增技術可為檢測剛地弓形蟲基因DNA提供一種簡單，特異，敏感和快速的方法，故期望其在多種食品監測剛地弓形蟲汙染中起到重要作用
  • 技術支撐 | 鸚鵡熱衣原體螢光環介導等溫擴增（LAMP）檢測方法的建立
    本研究應用環介導等溫擴增技術（LAMP），針對鸚鵡熱衣原體23S RNA基因序列設計引物，並進行篩選以及敏感性和特異性試驗，建立了鸚鵡熱衣原體恆溫螢光擴增方法。目前鸚鵡熱廣泛分布於世界各地，中國、美國、巴西、日本和比利時等國家都有鳥類感染鸚鵡熱衣原體的報導。近年來鸚鵡熱衣原體作為鳥類衣原體病和人類衣原體病的病原越來越受到重視，研究熱點多集中在如何防止家禽感染以及感染後的治療措施方面。對於該病的診斷大多集中在細胞培養、PCR或基因晶片等，而受病原分離培養和實驗室條件等的限制，很多方法在實際應用中不能較好發揮作用。
  • 等溫擴增時出現假陽性如何應對？
    等溫擴增技術作為一種核酸分子診斷技術，從誕生之日起就不斷受到研究者的青睞，但也少不了質疑，甚至摒棄。引起這種截然相反的態度的原因在於等溫擴增技術自身所存在的缺陷。而最為突出的一點是，在建立方法或者實際樣本檢測的過程中，等溫擴增技術引起假陽性結果的概率相對較高，使得其實際應用範圍變窄，未能真正顯示出其檢測優勢。因此，推出這經驗篇來回答「當等溫擴增出現假陽性時應該如何應對？」。
  • 等溫擴增時出現假陽性如何應對?
    等溫擴增技術作為一種核酸分子診斷技術，從誕生之日起就不斷受到研究者的青睞，但也少不了質疑，甚至摒棄。引起這種截然相反的態度的原因在於等溫擴增技術自身所存在的缺陷。而最為突出的一點是，在建立方法或者實際樣本檢測的過程中，等溫擴增技術引起假陽性結果的概率相對較高，使得其實際應用範圍變窄，未能真正顯示出其檢測優勢。
  • 恆溫核酸檢測技術新突破——SM@RT
    中美貿易戰和專利壁壘，讓RPA和SHERLOCK技術無法成為中國科研機構和醫療系統放心引進和利用的技術，同時國外供貨也成為問題，不僅價格昂貴，而且可能不能滿足市場需求。這就需要國內的科研機構和企業自主創新，研發具有自主智慧財產權的核心技術。
  • 張鋒教授團隊推出新一代新冠病毒CRISPR檢測技術,讓即時檢測更便捷
    今年2月，張鋒教授和他的合作夥伴曾經開發出一項基於CRISPR的新冠病毒檢測技術，不需要複雜的設備， ，就能檢查出新冠病毒RNA的存在。　　這款最新的檢測手段比2月份的檢測技術更進一步，檢測過程中不需要從患者樣本中純化RNA，並且將檢測新冠病毒所需的化學反應步驟在一個試管中完成。
  • ERA（酶促重組等溫擴增）技術常見問題解答
    【ERA技術】通過模擬生物體遺傳物質自身擴增複製的原理，將來源於細菌，病毒和噬菌體的特定重組酶、外切酶、聚合酶等多酶體系進行改造突變並篩選其功能，通過不同的核酸擴增反應體系進行優化組合，從而獲得核心的重組等溫擴增體系，在37-42℃恆溫條件下，可將微量DNA/RNA的特異性區段在數分鐘內擴增數十億倍
  • CRISPR-ERA——基因編輯與調控的gRNA設計
    在這項研究中，研究人員描述了CRISPR-ERA網站伺服器，是一種自動的、綜合的sgRNA設計工具，用於CRISPR介導的基因編輯、抑制和激活(editing, repression and activation, ERA)。
  • 病原微生物基因擴增檢測
    □ 三臺縣疾病預防控制中心 雷玉林病原微生物基因擴增檢測（PCR）是基因擴增技術的一次重大革新。病原微生物基因擴增檢測的檢測方法是什麼在以往的病原微生物基因擴增檢測當中，標準的操作程序就是要將病原微生物基因擴增檢測中必須要的反應成分加入到一個微量離心管當中，並將其放置在一定的額循環參數條件之下，從而開始進行循環擴增。
  • 免疫層析技術全國首創!寧波產新冠檢測試劑將量產上市,1小時內可出...
    12月3日，記者從寧波市市場監管局獲悉，由寧波海爾施基因科技有限公司生產、杭州眾測生物科技公司註冊的「新型冠狀病毒2019-nCoV核酸檢測試劑盒(CRISPR免疫層析法) 」已正式通過國家藥品監督管理局審查批准，不久後將量產上市。
  • PCR及其它核酸擴增技術
    螢光探針法僅檢測含有與該探針互補的DNA，可有效增加特異性，該方法依賴於螢光標記的DNA探針，該探針的一端具有螢光報告基因，而在探針的另一端具有螢光猝滅劑。報告分子與淬滅劑非常接近，由於螢光共振而無法檢測到螢光。Taq聚合酶的5'到3' 核酸外切酶活性導致的探針斷裂破壞了報告基因與猝滅劑的鄰近性，因此允許螢光的非猝滅發射，可以在用雷射激發後進行檢測。
  • 張鋒團隊推出新冠病毒CRISPR檢測技術
    今年2月，張鋒教授和他的合作夥伴曾經開發出一項基於CRISPR的新冠病毒檢測技術，不需要複雜的設備，三步檢測僅需約1個小時，就能檢查出新冠病毒RNA的存在。這款最新的檢測手段比2月份的檢測技術更進一步，檢測過程中不需要從患者樣本中純化RNA，並且將檢測新冠病毒所需的化學反應步驟在一個試管中完成。
  • 基因編輯大牛張鋒利用基於CRISPR-Cas13的SHERLOCK系統檢測冠狀...
    這種技術可能有朝一日被用來應對病毒性和細菌性流行病爆發、監控抗生素耐藥性和檢測癌症。相關研究結果於2017年4月13日在線發表在Science期刊上，論文標題為「Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2」。
  • 科研進展:利用CRISPR技術快速診斷COVID-19
    來自美國的一組作者在科學雜誌《自然生物技術》上發表了一項研究，在該研究中，他們描述了一種基於CRISPR-Cas的方法，可以快速並且準確地診斷出新型冠狀病毒，無需複雜的實驗室基礎設施。如今新型肺炎的病例在劇增，因此對於公共衛生來說，快速檢測出新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）是迫切需要的。在以前的大流行病中，缺乏快速、便捷和準確的診斷測試技術，也阻礙了公共衛生部門應對新出現的病毒威脅。但是，這一次開發的CRISPR技術很有可能會改變以前流行病學監測的方法。
  • 陳偉:體外等溫核酸擴增輔助表面增強拉曼光譜用於超靈敏檢測副溶血性弧菌
    合肥工業大學陳偉教授團隊採用副溶血性弧菌（Vp）作為模型分析物，開發了基於「抗體-Vp-適配體」異三聚體的表面增強拉曼散射（SERS）方法，結合體外等溫擴增技術對副溶血性弧菌進行超靈敏檢測。接著加入RCA反應所需物質（環形模板、T4連接酶、phi29DNA聚合酶），經過等溫RCA後加入Au@Ag標記的探針與RCA產物雜交結合，由於Au@Ag表面有R6G可輸出拉曼檢測信號，採用LabRAMHR Evolution進行SERS測量。
  • 核酸檢測實驗室如何消毒？檢測新技術又如何突破實驗室的束縛？
    要：PCR實驗，即臨床基因擴增實驗，是專門用來檢驗愛滋病、B型肝炎、禽疫病等病毒感染性疾病的一種檢測手段PCR實驗，即臨床基因擴增實驗PCR實驗室的建設需要設置標準的「四區」：試劑準備區、標本製備區、PCR擴增檢測區和擴增產物檢測區。每個獨立實驗區設置有緩衝區，各區通過氣壓調節，使整個PCR實驗過程中試劑和標本免受氣溶膠的汙染，並降低擴增產物對人員和環境的汙染。2、人員要求。
  • 張鋒團隊推出新一代 CRISPR 檢測技術,或將用於新冠病毒家庭檢測
    新冠疫情爆發期間，RT-qPCR 檢測試劑和設備的不足大大減慢了疾病檢測的進度。今年 2 月張鋒團隊曾發表論文，基於等溫擴增和 CRISPR 介導檢測相結合的替代方法（SHERLOCK：Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing），對新冠病毒進行檢測。