张锋:基于CRISPR的新冠病毒核酸检测试纸,一小时内完成诊断

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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

导读:今日,全国新冠病毒累计确诊66576例,仍有疑似8969例。新冠肺炎庞大的潜在感染基数,要求临床快速诊断和公共区域人员筛查工作准确迅速、严丝合缝,这也将是过滤新冠肺炎感染源、彻底阻断病毒传播的重要防线。然而,目前仍受限于检测试剂盒的数目和灵敏度、仪器的可移动性等因素,无法对所有人进行核酸检测和病毒排查。

CRISPR-Cas9基因编辑技术发明者,张锋团队,联合哈佛、MIT和霍华德休斯医学院等一众顶级研究机构,推出了一款基于CRISPR技术的新冠病毒核酸检测试纸,并公开了这项诊断技术的操作步骤。该技术目前正在寻求有足够新冠肺炎病例数的合作机构,展开大规模临床试验,以期尽早将其推向应用一线。

张锋:基于CRISPR的新冠病毒核酸检测试纸,一小时内完成诊断

这种诊断手段基于该团队2019年9月在Nature Protocol发表的基于CRISPR系统的SHERLOCK技术(specific high-sensitivity enzymatic reporter unlocking),缩写与大侦探夏洛克·福尔摩斯同名,旨在明察秋毫,迅速准确地检测出微量目标核酸。

其原理是:由“锯子”核酸内切酶Cas13,与病毒核酸互补先导RNA序列“探头”形成检测复合体,当复合体中的“探头”检测并结合目标病毒RNA后,“锯子”Cas13酶即被激活,能够“锯断”任何其他RNA。研究者设计了一种尾部拖有RNA的荧光蛋白,只有当其报告基团RNA被切断时才会发光。于是,一旦Cas13酶复合体被互补序列激活,就能使原本沉默的荧光蛋白发光,从而报告病毒核酸的存在。

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核酸检测技术原理

此次的诊断工具中包含了专门识别新冠病毒壳蛋白S基因和开放阅读框Orf1ab基因互补片段,并且被综合简化为类似“验孕棒”的可视化试纸。只要将试纸浸入初步纯化过的核酸样本中2-3分钟,即以试纸上黑线的出现确定新冠病毒核酸的存在。试纸可检出10-100拷贝数/微升的低浓度核酸,灵敏度极高。

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基于CRISPR系统的核酸检测试纸结果

病毒核酸样本的初步纯化方法与目前使用的qPCR的准备步骤相同。

实验总共分为三步:

1. 将RNA样本42摄氏度等温扩增25分钟。

2. 将Cas13核酸内切酶、先导RNA加入步骤1样本中37摄氏度孵育30分钟。

3. 将检测试纸浸入步骤2溶液中,5分钟内显示结果。

这项基于基因编辑工具CRISPR系统的技术,无需依赖大型仪器,可移动性强,灵敏度高,操作简便,结果可视化,真正做到立等可取。目前,该技术还未得到足够的临床样本检验,无法直接投向临床,但其中的质粒、操作流程等信息已被全部公开,欢迎世界各地研究机构的尝试和检验。如果这项技术能真正进入一线,那么筛查范围更广,所需人力物力资源大幅减少,那么人类有望更快拿下抗“疫”攻坚战的胜利!

基于CRISPR的病毒诊断技术支持邮箱:

[email protected]

操作流程:

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

参考文献:

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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