基于EsCas13d平台的PBoV G3快速灵敏现场检测方法

《Analytica Chimica Acta》:Rapid and Sensitive On-Site Detection of PBoV G3 Using an EsCas13d-Based Platform

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月14日 来源:Analytica Chimica Acta 6.1

编辑推荐:

  摘要快速、灵敏且易于使用的核酸检测方法对于控制PBoV G3的传播至关重要。在本研究中,我们开发了SENTRY(单步酶促核酸靶向报告基因系统),这是一种专为资源有限环境中的现场检测而设计的病原体检测平台。结合无需提取的核酸处理试剂GENE以及室温下的裂解方案,SENTRY能够在5

  

摘要

快速、灵敏且易于使用的核酸检测方法对于控制PBoV G3的传播至关重要。在本研究中,我们开发了SENTRY(单步酶促核酸靶向报告基因系统),这是一种专为资源有限环境中的现场检测而设计的病原体检测平台。结合无需提取的核酸处理试剂GENE以及室温下的裂解方案,SENTRY能够在5分钟内释放病毒核酸。辅助蛋白的加入提升了该单步SENTRY平台的灵敏度,并缩短了反应时间。SENTRY可在30分钟内给出检测结果,其临床样本检测率与qPCR相当,且不存在与非目标病毒的交叉反应。该系统在体温(约37℃)下即可高效运行,无需温度控制设备。冻干试剂使得SENTRY能够承受运输过程中的各种条件,同时延长了保质期。总体而言,这些特点使得SENTRY非常适合在传统实验室环境之外的即时检测场景中使用。

引言

基于CRISPR的检测技术(CRISPR-Dx)因对设备要求较低而逐渐受到关注,可用于病原体检测1, 2。这类系统通常将等温扩增技术,如LAMP或重组聚合酶扩增技术(RPA),与RNA引导的CRISPR-Cas核酸酶,如Cas12或Cas13a相结合,从而实现精准的病原体检测3, 4, 5, 6。不过,一些CRISPR-Dx方法,如SHERLOCK和DETECTR,需要经过两步操作,涉及多个液体处理步骤7, 8, 9,这不仅增加了污染风险,还延长了检测时间10, 11, 12。为克服这些局限,研究人员开发出了将等温扩增与CRISPR介导的切割作用整合在同一个反应体系中的单步检测方法13, 14。然而,在使用Cas12的单步CRISPR-Dx检测中,Cas12与RPA会竞争反应模板,从而降低检测灵敏度15;此外,原型间隔序列(PAM)或原型间隔侧翼序列(PFS)的需求也增加了设计有效CRISPR RNA(crRNA)的难度,尤其是针对高度变异的病毒基因组时16, 17。相较之下,基于Cas13a的单步检测方法不存在与RPA的模板竞争问题,因此可以通过定制crRNA序列来实现更高效的优化,即便检测对象是单链RNA病毒也是如此3, 18, 19。不过,Cas13a仍然需要PFS序列,且其较大的分子量给蛋白质表达带来了挑战16, 17, 20。
EsCas13d是最近从Cas13家族中发现的一种结构紧凑的RNA靶向CRISPR效应蛋白,它具有多项优势21。与其他用于检测的CRISPR蛋白相比,它体积更小,也更易于纯化,这简化了其工业化生产流程22。此外,EsCas13d不需要PFS或PAM序列,因此在设计crRNA时具有更大的灵活性21。尽管有这些优点,基于Cas13d的检测系统仍受限于多步骤操作流程、不明确的单步反应条件、缺乏冻干试剂以及复杂的核酸提取过程,这些都限制了它们的实际应用价值9, 23。
猪博卡病毒(PBoV)属于细小病毒科的一种单链DNA病毒,广泛存在于全球的猪群中24, 25。它能感染多种组织,包括粪便、淋巴结以及呼吸系统和肠道组织,且常常与其他病原体共存,这使得很难确定它是否为疾病的唯一致病因子24, 25。PBoV可被划分为多个基因群,其中第3基因群(PBoV G3)是在猪群中最为常见的类型之一25。由PBoV G3引发的感染会导致猪只出现腹泻和呼吸系统问题,尤其对仔猪危害严重,给养猪业带来巨大的经济损失25。由于传统检测方法需要专门的设备且耗时较长,因此迫切需要能够在现场快速检测感染情况并及时采取应对措施的检测技术。
为克服现有基于CRISPR的检测方法的局限性,我们开发了GENE-SENTRY,这是一种用于检测PBoV G3的快速、灵敏且无需核酸提取的检测方法。SENTRY将RPA扩增技术与基于EsCas13d的检测技术集成在同一个测试管中,从而减少了人工操作,加快了检测流程,同时也降低了污染风险。为简化样本处理流程,我们推出了GENE试剂,这是一种无需提取、可在室温下进行样本裂解的方法,无需使用商业试剂盒,也不需要重复加热步骤。我们的研究表明,使用室温下的无提取试剂处理猪只临床样本后,通过纸质比色法或管内荧光检测法,均可利用GENE-SENTRY检测出PBoV G3。此外,SENTRY试剂具备冻干兼容性,且在室温和生理温度下都能保持优异性能,这些都凸显了其在即时检测场景中的适用性。

内容片段

病毒与样本采集

我们从中国河南省的六个城市(平顶山、洛阳、新乡、三门峡、新郑和周口)的养猪场中收集了共计64份临床样本,包括粪便拭子和肛门拭子;相关数据见补充表1。这些样本被立即置于冰上,并在冷藏条件下运送以便后续处理。在这些样本中,有6份临床样本通过qPCR检测呈阳性,分别对应猪流行性腹泻病毒(PEDV)、猪

GENE-SENTRY检测原理

在本研究中,我们介绍了SENTRY的研制过程。这是一种基于GENE技术的超灵敏检测系统,可通过RPA-CRISPR/EsCas13d组合在单个测试管中实现PBoV的即时检测。如图1所示,首先对采集的样本进行5分钟的无需提取的病毒裂解处理,随后进行30分钟的优化单步RPA-CRISPR/EsCas13d反应,该反应将RPA扩增、T7转录以及Cas13d的切割功能整合在同一个测试管中。得益于其独特的切割特性,Cas13d蛋白

讨论

近年来,传染病的频繁暴发对全球的人类和动物健康构成了严重威胁,这凸显出快速、准确检测方法的重要性。在这种背景下,快速、灵敏且可靠的即时检测系统愈发重要。作为极具潜力的一种即时检测工具,基于CRISPR的检测平台已在众多研究中被成功应用于病原体检测3, 4, 5, 6。目前,大多数

伦理审批与参与同意

本研究仅涉及从猪只身上非侵入性地采集粪便拭子和肛门拭子样本,无需获得正式的伦理审批。样本采集是在猪场主人的许可下进行的。

CRediT作者贡献说明

王东梅:可视化、监督、资源提供、项目管理。胡安欣:软件工具使用、定量分析。史一阳:软件工具使用、方法设计。张卓伟:可视化、方法设计。洪军:可视化、软件工具使用、方法设计。张玉燕:实验研究。王彦红:定量分析。林佳文:概念构思。皮思毅:软件工具使用。傅鹏飞:论文撰写——审稿与编辑、论文撰写——初稿撰写、资源提供。卢敏:方法设计。尹国友:项目管理,

发表同意声明

无需特殊声明。

数据可用性

相关数据可见本文正文及其补充材料中。

利益冲突声明

作者声明不存在任何财务利益冲突。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了河南省自然科学基金的支持(项目编号:262300421429)。
Peng-fei Fu|Zhuo-wei Zhang|Jun Hong|An-xin Hu|Yi-yang Shi|Jia-wen Lin|Si-yi Pi|Yu-yan Zhang|Yan-hong Wang|Min Lu|Guo-you Yin|Dong-mei Wang
中国河南平顶山467044,河南城建学院生命科学与工程学院
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号