《Cell子刊:中国医学科学院郭斐团队建立猴痘病毒快速精准检测方法》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2023-10-20
  • 中国医学科学院病原生物学研究所郭斐课题组在 Cell Reports Methods 期刊发表了题为:Rapid and sensitive one-tube detection of mpox virus using RPA-coupled CRISPR-Cas12 assay 的研究论文。

    该研究建立了一种快速精准的猴痘病毒检测方法,通过将等温扩增(RPA)与CRISPR-Cas12a的检测体系联合,可以实现猴痘病毒DNA在30分钟内的快速检测,检测灵敏度1个拷贝数,同时能够精准区分其他正痘病毒以及猴痘病毒,具有良好的实用价值。

    研究团队首先设计了两个crRNA的检测体系池,其中一组靶向正痘病毒(包括痘苗病毒、天花、牛痘以及猴痘)的保守区D6R和E9L,可以检测所有的正痘病毒;另外一组靶向猴痘病毒特有的区域N3R和N4R。通过对crRNA的设计和筛选,建立了基于CRISPR/Cas12a的荧光报告体系(图1)。

    进一步针对选择的crRNA,分别检测不同拷贝数的质粒模板以及病毒DNA模板,观察到CRISPR-Cas12a单独检测体系的检测限约为108拷贝数,不同crRNA的联合可以将检测限提高到107拷贝数,同时实现了正痘病毒与猴痘病毒的区分。并且为了实现最低检测限,研究团队团队将等温扩增(RPA)与CRISPR-Cas12a的检测体系联合,最终能够达到1个拷贝的最低检测限,大大提高了检测体系的灵敏度(图2)。

    为了验证检测体系实际应用的可靠性与准确性,针对中国大陆第一例猴痘病例的拭子样本进行了检测。该体系同样实现了1个拷贝数的最低检测限,并且成功的在病人咽拭子,鼻拭子以及水泡拭子中检测到了猴痘病毒的DNA,证实了体系应用的可靠性。同时针对猴痘病毒核酸检测试剂国家参考品的检测,阴性参考品中未检测到猴痘病毒的DNA,进一步证实了检测体系的准确性(图3)。

    最终为了提高检测效率,进一步优化反应体系到单管中,大大的缩短了检测时间以及操作步骤。在提取得到待测DNA后,15分钟到30分钟内即可实现样本的快速检测,且灵敏度高达1个拷贝数。相比于传统荧光PCR的2小时,大大缩短了检测时间,提高了检测的灵敏度(图4)。

    综上所述,该研究建立了猴痘病毒的快速精准的检测方法,通过crRNA的筛选建立了一套CRISPR检测体系,并联合等温扩增实现了猴痘病毒的快速、灵敏的精准检测。为猴痘病毒的快速诊断提供了有力的技术支持。

    中国医学科学院病原生物学研究所助理研究员赵斐、博士生胡亚美、范张玲,中国疾病预防控制中心黄保英为论文共同第一作者。中国医学科学院病原生物学研究所郭斐研究员、中国疾病预防控制中心谭文杰研究员和中国医学科学院病原生物学研究所许丰雯副研究员为论文共同通讯作者,感谢合作者加拿大麦吉尔大学梁臣教授、北京同仁医院房居高教授、北京医院艾斌教授的大力支持。该研究获得了中国医学科学院医学科技创新工程、科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

  • 原文来源:https://news.bioon.com/article/2b19e969543a.html
相关报告
  • 《中国科学院动物所开发出快速精准的核酸检测技术》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2019-07-08
    • 高效精准的核酸检测技术在传染病原检测、食品安全检疫和致病基因筛查等许多方面具有重要的应用。基于CRISPR的基因组编辑技术极大地革新了生物医学研究。有趣的是,除了能够通过对基因组精准操控来进行功能基因组学研究,最近一些研究发现CRISPR系统的某些效应蛋白,例如Cas12a,在切割靶DNA后会受激获得切割非靶向单链DNA(ssDNA)的活性,从而能够用于快速简便地进行核酸检测,在传统的PCR和测序技术之外建立了一种新的核酸检测技术。 CRISPR-Cas12b/C2c1系统大多来自嗜热菌,由于其嗜高温的特性研究相对较少。中国科学院动物研究所李伟团队在2018年首次成功地改造Cas12b系统用于哺乳动物基因组编辑,建立了Cas9和Cas12a之后的第三个CRISPR基因编辑工具。在此基础上,研究团队发现Cas12b蛋白在激活之后同样具有任意切割ssDNA的特性,并开发出 CDetection(Cas12b-mediated DNA detection)检测系统,可以用于微量DNA的简便快速检测。CDetection是集Cas12b蛋白、向导RNA、ssDNA荧光报告分子和 RPA(recombinase polymerase amplification)等温扩增于一体的DNA快速检测系统。Cas12b蛋白在靶向切割RPA扩增目标DNA后激活ssDNA切割活性,任意切割ssDNA荧光报告分子,从而发出荧光信号(如图)。基于团队前期研究发现的Cas12b能够适应较广温度(25~60℃)和pH(1~8)的稳定性,CDetection系统相较Cas12a-DETECTR系统具有更高的灵敏度,可以实现亚aM(10-19 M)的灵敏DNA检测;同时,通过tgRNA(tuned gRNA)的引入,CDetection可以实现单碱基的区分。利用CDetection系统,能够快速地实现细胞、血液、尿液以及动植物中的细菌和病毒感染、基因分型以及SNP突变检测(如图)。 相关成果于7月2日在国际学术期刊Genome Biology 发表。该研究工作由动物所和中国科学院干细胞与再生医学创新研究院完成。动物所研究员李伟和周琪为论文的通讯作者;博士生滕飞、郭璐为共同第一作者。该研究受到中国科学院战略科技先导专项及科技部、基金委等的资助。
  • 《Science子刊:快速、廉价的检测方法无需PCR就可准确检测COVID-19病毒》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-02-20
    • 在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学的研究人员开发出一种新的COVID-19测试方法,它结合了非处方抗原测试的速度和在医学实验室和医院进行的PCR测试的准确性。这种称为Harmony COVID-19的测试方法是一种诊断性测试,它与针对COVID-19的PCR测试一样,检测来自SARS-CoV-2病毒的遗传物质。但是,传统的PCR测试可能需要几个小时,而HarmonyCOVID-19试剂盒对某些样本可以在20分钟内提供结果,并且具有类似的准确性。相关研究结果近期发表在Science Advances期刊上,论文标题为“Harmony COVID-19: A ready-to-use kit, low-cost detector, and smartphone app for point-of-care SARS-CoV-2 RNA detection”。 论文通讯作者、华盛顿大学生物工程副教授Barry Lutz说,“我们设计的测试方法是低成本的,简单到可以在任何地方使用。我们希望,低成本将使高性能测试在当地和世界各地更容易获得。” 这些作者开发的Harmony COVID-19是简单和易于使用的,采用的是即用型试剂。该测试方法使用一种“类似于PCR”的方法,借助一种小型、低成本的检测器检测鼻拭子样本中是否存在SARS-CoV-2 RNA基因组,该检测器也是由Lutz团队设计的。智能手机被用来操作该检测器并读取结果。该检测器一次最多可处理四个样本,可以放进一辆标准汽车的手套箱里。 在整个大流行病期间,COVID-19测试的准确性一直是一个紧迫的问题。许多在家检测COVID-19的抗原试剂盒,检测的是SARS-CoV-2产生的蛋白片段,而不是其遗传物质,准确率为80%~85%,但Omicron变体的准确率可能会下降,因为Omicron变体含有相对较多的其他SARS-CoV-2毒株所没有的突变。PCR测试通常有95%的准确率或更好---这是FDA的一个关键基准,但需要昂贵的设备和长时间的等待才能获得检测结果。 这篇论文中报告的初步结果显示,Harmony COVID-19试剂盒对鼻腔拭子的准确率为97%。该试剂盒可以检测SARS-CoV-2病毒基因组的三个不同区域。如果一种新的变体在一个区域有许多突变,这种新的测试方法仍然可以检测到其他两个区域。例如,它可以检测Omicron变体,该变体在编码它的刺突蛋白的基因组区域发生几十个突变。 尽管基于PCR的测试非常准确,但一个关键的限制是PCR测试需要几十个加热和冷却的循环来检测样品中的遗传物质。Lutz团队开发的这种测试方法通过依靠一种称为RT-LAMP的的扩增方法规避了这个问题,这种方法没有同样严格的温度循环要求。Lutz说,“这种测试方法在恒温下进行,因此它消除了加热和冷却的时间,并在大约30分钟内给出结果。” Lutz和两位同事从华盛顿大学分离出了一家新公司---Anavasi诊断公司(Anavasi Diagnostics),该公司去年得到了WE-REACH项目30万美元的支持,后来又从美国国立卫生研究院获得了1490万美元的拨款,用于将Harmony COVID-19原型试剂盒开发成产品并扩大生产规模,以帮助解决COVID-19诊断测试的持续短缺问题。 最初,Lutz和他的团队希望这些试剂盒可以首先在诊所以及其他有医疗监督的环境中使用,如工作场所和学校。后来,他们希望能将这种测试加以改进,可以家庭使用。 Lutz说,“长期以来,人们的选择要么是昂贵的PCR测试,这通常需要一天或更长时间才能得到结果;要么是快速抗原测试,可以快速得到结果,成本低,但通常比实验室PCR测试的准确性低。从第一天起,我们就把我们的测试设计成可以低成本和大批量制造,同时以类似PCR的性能提供快速结果。” Lutz说,“我们计划让我们的测试在全世界范围内都能使用,并且价格合理。” 参考资料: Nuttada Panpradist et al. Harmony COVID-19: A ready-to-use kit, low-cost detector, and smartphone app for point-of-care SARS-CoV-2 RNA detection. Science Advances, 2021, doi:10.1126/sciadv.abj1281.