基于"SNAILS"DNA生物传感器的日本血吸虫特异性检测技术开发及其应用价值

本研究针对血吸虫病诊断难题，开发了基于"SNAILS"(Specific Nucleic Acid Ligation for the detection of Schistosomes)技术的DNA生物传感器，成功实现了对日本血吸虫(Schistosoma japonicum)的特异性检测。研究人员设计4种新型探针对，通过cox1基因靶向识别，在16个中国不同地理来源样本中实现精准鉴别，为血吸虫病监测和防控提供了新型分子诊断工具。该技术对推动热带病精准诊断和消除计划具有重要意义。

　　

血吸虫病作为一种被忽视的热带疾病，至今仍是全球公共卫生的重要挑战，特别是在低收入和中等收入国家。据估计全球有2.5亿人感染，另有7.79亿人面临感染风险。其中，日本血吸虫(Schistosoma japonicum)因其人畜共患特性尤为棘手——不仅能感染人类导致肠道血吸虫病，还可感染40多种哺乳动物宿主。这种广泛的宿主范围使得该病原体在亚洲部分地区的传播链难以彻底切断。尽管中国自1950年代起通过螺类控制和大规模药物管理(MDA)计划取得了显著防控成效，但精准、快速的诊断技术仍是实现消除目标的关键瓶颈。

传统诊断方法如Kato-Katz厚涂片法存在灵敏度不足的问题，而基于抗体的ELISA检测又难以区分现症感染与既往暴露。分子诊断技术如PCR虽然提高了特异性，但对单核苷酸多态性(SNP)的识别能力有限，且设备要求较高。针对这些技术短板，来自帝国理工学院的研究团队在《Communications Biology》发表了创新性解决方案——他们将此前开发的"SNAILS"DNA生物传感器技术进一步优化，成功应用于日本血吸虫的特异性检测。

研究团队主要运用了四项关键技术：1)基于cox1基因序列的靶标设计与MUSCLE多序列比对；2)特异性探针对的优化设计，重点针对连接位点附近的序列差异；3)Lambda核酸外切酶处理的单链DNA制备技术；4)结合T7 RNA聚合酶转录和DFHBI-1T荧光团的实时荧光检测系统。样本来源于英国自然历史博物馆馆藏的16个中国不同地理来源的日本血吸虫尾蚴样本和3个实验室培养的曼氏血吸虫(S. mansoni)样本。

【Identification of specific targets for the detection of S. japonicum】

研究人员通过对日本血吸虫cox1线粒体基因的深入分析，利用MUSCLE软件比对来自中国、菲律宾、日本和台湾等地的菌株序列，鉴定出4个22碱基长的物种特异性靶标区域。这些靶标位于446bp的基因片段内，在种间呈现足够的序列差异，特别是在设计的探针连接位点周围。

【Validation of S. japonicum-specific probes】

针对四个靶标设计的探针对(探针2-5)中，探针2和5展现出最佳特异性，仅对日本血吸虫靶标产生响应，而探针3表现出对马来血吸虫(S. malayensis)、曼氏血吸虫和罗德血吸虫(S. rodhaini)的交叉反应。荧光检测数据显示，探针2的△荧光值(a.u.)/小时达到最高，表明其结合效率最优。

【Biosensor detection of purified PCR-derived target ssDNA】

将克隆入pCR-blunt-II-TOPO质粒(pAJW333)的446bp靶标片段经PCR扩增和Lambda核酸外切酶处理后，探针2和5成功检测到30ng的单链DNA靶标，而探针3和4未能产生有效信号。这一结果验证了探针设计对长片段靶标的识别能力。

【S. japonicum-specific probe 2 detection of ssDNA targets from cercaria】

在实际生物样本检测中，探针2对全部16个中国不同地理来源的尾蚴基因组DNA样本均显示阳性信号(OZ203289-OZ203304)，而对3个曼氏血吸虫样本保持阴性，证实了该技术在复杂真实样本中的适用性。

这项研究的创新价值主要体现在三个方面：首先，SNAILS技术首次拓展应用于日本血吸虫检测，完善了对三大主要人类血吸虫病原体的检测覆盖；其次，该方法对连接位点附近单碱基差异的识别能力，为未来监测抗药性相关突变(如TRPM_PZQ通道的praziquantel抗性突变)提供了技术可能；最后，其模块化设计原理可推广至其他病原体检测，符合WHO对血吸虫病多物种检测panel的技术需求。

从公共卫生视角看，这项技术的环境DNA(eDNA)检测潜力尤为可贵。通过监测水体中的尾蚴DNA或中间宿主钉螺的感染状态，可实现传播风险的早期预警，弥补传统诊断在低感染强度地区的不足。随着中国等流行区迈向消除阶段，这种高灵敏、可现场应用的分子工具将为验证传播阻断和监测再流行风险提供关键技术支持。研究者特别指出，该平台的进一步开发可整合抗药性检测模块，对指导吡喹酮(PZQ)等关键药物的合理使用具有重要价值。