編譯 | 欒曉東
(隨著繼續優化此方案,將上傳更新的版本,有興趣使用患者樣品測試該方案的科研團隊可以通過發送電子郵件,請求指導 [email protected],並且可應要求提供有限數量的Cas13酶、crRNA和側向報道基因的起始樣品)
<strong>(重要說明:此協議不得用於臨床目的,因為他們無法獲取患者樣本,因此無法使用真實的患者樣本來驗證該測定。)
一、概述
臨床醫生和科學家們目前雖然可以使用qPCR,來診斷新型冠狀病毒COVID-19,但由於試劑和設備的不足,可能一定程度上減慢疾病檢測的速度。為了幫助推進COVID-19的診斷,在此描述一種基於CRISPR的SHERLOCK(高靈敏度酶促解鎖)技術,檢測COVID-19的方案。使用合成的COVID-19病毒RNA片段,能夠在20到200 aM(每微升輸入10-100拷貝數)之間一致地檢測COVID-19靶序列。從用於qRT-PCR測試的核酸提取開始,本檢測方案分為三個步驟,並且可以在1小時內完成。
步驟(1)孵育25分鐘(使用重組酶聚合酶擴增(RPA)試劑盒等溫擴增提取的核酸樣品);
步驟(2)孵育
30分鐘(使用Cas13檢測預先擴增的病毒RNA序列);步驟(3)孵育2分鐘(使用的試紙/層析紙讀取檢驗結果)。
以下各節詳細介紹了所需的試劑和步驟。
二、標本和核酸提取:
應根據適當的生物安全程序收集患者樣本,參考2020 CDC COVID-19方案,有關樣本收集和後續核酸提取的詳細信息。從步驟(1)開始,此方案的輸入可以是與qRT-PCR分析中使用相同的核酸。
A材料和試劑
試劑:重組酶聚合酶擴增(RPA)試劑盒(TwistAmp®Basic;TABAS03KIT);ProtoScript®II逆轉錄酶(M0368L);裂解緩衝液(在ddH2O中為400mM Tris pH 7.4);RNA酶抑制劑;T7 RNA聚合酶;核糖核苷酸溶液套裝;氯化鎂溶液;用於稀釋Cas13蛋白原液的存儲緩衝液(結合2.5 mL 1M Tris pH 7.4、6mL 5M NaCl,2.5 ml甘油和100μL1M DTT和38.9 ml ddH2O);LwaCas13a蛋白;HybriDetect試紙條(MGHD 1)。
設備: 37℃水浴鍋、42℃水浴鍋、微量離心機,適配1.5mL EP管。
引物:靶向S基因的RPA擴增引物對
S-RPA-Forward_v1:
5’-GAAATATACTACGACGACTGATCACATACTACTTCTGTT TACATAGA-3’;
S-RPA-Reverse_v1:
5'-TCCTAGGTTGAAGATAACCCACATAATAAG-3';
針對Orf1ab引物對
Orf1ab-RPA-Forward_v1:
5’-GAATAATATACGACTACGGAGGAGTGTGAGATAGACATAT
ActAAAC-3’;
Orf1ab-RPA-Reverse_v1:
5'-TAGTAAGACTAGAATTGTCTACATAAGCAGC-3';
用於檢測S基因的LwaCas13acrRNA
S-crRNA_v1:
5’-GuuuAgAccCCAAACAGGAGGACUCAAACAGCGACCAC
AGCUGUCCAACCUGAAGAAG-3;
用於檢測Orf1ab基因的LwaCas13acrRNA
Orf1ab-crRNA_v1:
5’-GuuuaGaCuCCAAACAGGAGGGACUACAUACACUCUCU
UCUGUAAUUUUUAAACUAU-3';
讀出橫向血的報告基因RNA:
Lateral-Flow-Reporter:
5'-/56-FAM / mArArUrGrGrCmAmArArUrGrGrCmA/3Bio/-3';
陽性對照序列(可以使用T7轉錄從合成的DNA寡核苷酸產生):
新冠病毒S基因片段:
5'UAACAUCACUAGGUUUCAAACUUUACUUGCUUUACAUAGAAGUUAUUUGACUCCU
GGUGAUUCUUCUUCAGGUUGGACAGCUGGUGCUGCAGCUUAUUAUGUGGGUUAUC
UUCAACCUAGGACUUUCUCUUUAAUAAAUAUAAUGAAAAUGGAACCAUGACUGUACA
GAUGCUGAGAU
新冠病毒Orf1ab基因片段:
5'GAAAUUAAUACGACUCACUAUAGGGACUCUUGAAACUGCUCAAAAUUCUGUGCGU
GUUUACAGAAGGCCGCUAUAACAAUACUAGAUGGAAUUUCACAGUAUUCACUGAGA
CUCAUUGAAUUGCUAUGACUUCAUGAUGAUUCACAUCUGAUUUGGCUACUAACAUA
UAUACUAUGACUUGAUCUGAUCUGAUCCUAU
B實驗步驟:
提示:為防止樣品汙染,需使用兩個不同的工作區域來執行步驟(1)和(2)。步驟(1)應該在前置放大區域中進行,其對汙染非常敏感。請勿在步驟(1)的工作區域中打開擴增的樣品,步驟(2)、步驟(3)需要一個單獨的區域(擴增後區域)執行。所有反應應在指定溫度下孵育之前在冰上進行。
步驟(1)等溫擴增:
1、為了測試每個樣品,設置兩個RPA反應,分別檢測S基因靶標和Orf1ab靶標。此外,可以使用合成病毒片段建立S基因和Orf1ab的陽性對照。還應建立不添加測試樣品的陰性對照。使用RPA試劑盒中提供的29.5ul的Rehydration Buffer重懸每個凍乾的RPA沉澱。
2、對於S基因,可以如下設置每個反應:
3、對於Orf1ab基因,可以如下設置每個反應:
4、充分混合後,在預熱的水浴中於42°C孵育25分鐘。孵育結束後,立即將EP管放回冰上,直到準備加入步驟(2)中的反應中。
步驟(2)使用Cas13檢測病毒RNA序列
1、取一份LwaCas13a儲備蛋白的等分試樣(2 mg/mL,4 ul),使用122.5 uL的存儲緩衝液重懸。
2、對於每個S基因RPA反應,按以下步驟建立Cas13檢測反應:
3、對於每個Orf1ab基因RPA反應,如下設置Cas13檢測反應
4、設置完所有反應後,渦旋充分混合,並使用臺式離心機離心,接下來在預熱的37°C水浴鍋中於孵育30分鐘。孵育後,將反應管放回冰上,繼續進行步驟(3)。
步驟(3)–通過試紙條直觀地讀取檢測結果
1、步驟(2)之後,向每個20ul反應物中添加80ul HybriDetect分析緩衝液並充分混合,將稀釋的反應液置於室溫下的管架中。
2、將HybriDetect試紙條放入每個反應管中,然後等待反應流過試紙條。
3、陽性對照樣品應顯示兩條線,而陰性對照樣品應僅顯示底線。
4、對於每個測試樣品,檢查S和Orf1ab基因是否都出現兩行,表明新冠病毒結果呈陽性。
三、實驗結果:
使用合成新冠病毒S基因和Orf1ab基因RNA片段的梯度稀釋液,能夠檢測到每微升10-100拷貝的合成新冠病毒RNA序列的。以下是針對不同輸入濃度的示例圖像:
四、附加信息:
可以在以下參考中找到用於設置基於SHERLOCK檢測的詳細通用方案:
SHERLOCK: nucleic acid detection with CRISPR nucleases. Kellner MJ, Koob JG, Gootenberg JS, Abudayyeh OO, and Zhang F. Nature Protocols. 2019 Oct;14(10):2986-3012. doi: 10.1038/s41596-019-0210-2.
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