張鋒:基於CRISPR的新冠病毒核酸檢測試紙,一小時內完成診斷

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张锋:基于CRISPR的新冠病毒核酸检测试纸,一小时内完成诊断

導讀:今日,全國新冠病毒累計確診66576例,仍有疑似8969例。新冠肺炎龐大的潛在感染基數,要求臨床快速診斷和公共區域人員篩查工作準確迅速、嚴絲合縫,這也將是過濾新冠肺炎感染源、徹底阻斷病毒傳播的重要防線。然而,目前仍受限於檢測試劑盒的數目和靈敏度、儀器的可移動性等因素,無法對所有人進行核酸檢測和病毒排查。

CRISPR-Cas9基因編輯技術發明者,張鋒團隊,聯合哈佛、MIT和霍華德休斯醫學院等一眾頂級研究機構,推出了一款基於CRISPR技術的新冠病毒核酸檢測試紙,並公開了這項診斷技術的操作步驟。該技術目前正在尋求有足夠新冠肺炎病例數的合作機構,展開大規模臨床試驗,以期儘早將其推向應用一線。

张锋:基于CRISPR的新冠病毒核酸检测试纸,一小时内完成诊断

這種診斷手段基於該團隊2019年9月在Nature Protocol發表的基於CRISPR系統的SHERLOCK技術(specific high-sensitivity enzymatic reporter unlocking),縮寫與大偵探夏洛克·福爾摩斯同名,旨在明察秋毫,迅速準確地檢測出微量目標核酸。

其原理是:由“鋸子”核酸內切酶Cas13,與病毒核酸互補先導RNA序列“探頭”形成檢測複合體,當複合體中的“探頭”檢測並結合目標病毒RNA後,“鋸子”Cas13酶即被激活,能夠“鋸斷”任何其他RNA。研究者設計了一種尾部拖有RNA的熒光蛋白,只有當其報告基團RNA被切斷時才會發光。於是,一旦Cas13酶複合體被互補序列激活,就能使原本沉默的熒光蛋白髮光,從而報告病毒核酸的存在。

张锋:基于CRISPR的新冠病毒核酸检测试纸,一小时内完成诊断

SHERLOCK核酸檢測技術原理

此次的診斷工具中包含了專門識別新冠病毒殼蛋白S基因和開放閱讀框Orf1ab基因互補片段,並且被綜合簡化為類似“驗孕棒”的可視化試紙。只要將試紙浸入初步純化過的核酸樣本中2-3分鐘,即以試紙上黑線的出現確定新冠病毒核酸的存在。試紙可檢出10-100拷貝數/微升的低濃度核酸,靈敏度極高。

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基於CRISPR系統的核酸檢測試紙結果

病毒核酸樣本的初步純化方法與目前使用的qPCR的準備步驟相同。

實驗總共分為三步:

1. 將RNA樣本42攝氏度等溫擴增25分鐘。

2. 將Cas13核酸內切酶、先導RNA加入步驟1樣本中37攝氏度孵育30分鐘。

3. 將檢測試紙浸入步驟2溶液中,5分鐘內顯示結果。

這項基於基因編輯工具CRISPR系統的技術,無需依賴大型儀器,可移動性強,靈敏度高,操作簡便,結果可視化,真正做到立等可取。目前,該技術還未得到足夠的臨床樣本檢驗,無法直接投向臨床,但其中的質粒、操作流程等信息已被全部公開,歡迎世界各地研究機構的嘗試和檢驗。如果這項技術能真正進入一線,那麼篩查範圍更廣,所需人力物力資源大幅減少,那麼人類有望更快拿下抗“疫”攻堅戰的勝利!

基於CRISPR的病毒診斷技術支持郵箱:

[email protected]

操作流程:

https://static1.squarespace.com/static/5b7c640be2ccd1703a3da4d3/t/5e46d16cf617da2f796f926e/1581699437272/COVID-19+detection+%28v20200214%29.pdf

參考文獻:

https://mcgovern.mit.edu/2020/02/14/enabling-coronavirus-detection-using-crispr-cas13-an-open-access-sherlock-research-protocol/

Max J. Kellner, et al. SHERLOCK: nucleic acid detection with CRISPR nucleases. 23 Sep, 2019.


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