PNAS、Analytical Chemistry报道生科院周小明课题组核酸检测技术重要进展

近日，我校生命科学学院周小明课题组在核酸检测技术上取得了重要进展，研究成果以“Photocontrolled crRNA activation enables robust CRISPR-Cas12a diagnostics”和“Glycerol Additive Boosts 100-fold Sensitivity Enhancement for One-Pot RPA-CRISPR/Cas12a Assay”为题，分别于6月21日和5月30在线发表在国际权威刊物PNAS和Analytical Chemistry。

从1918年西班牙大流感事件到2019年新冠爆发的一个世纪以来，世界上平均每十几年爆发一次新发传染性疾病（如所熟知的西班牙流感，埃博拉病毒，艾滋病毒，禽流感、寨卡病毒、非洲猪瘟、SARS、及新冠病毒等），因此开发快速核酸检测技术用于当前或将来的传染性疾病防控是世界范围内的重要科学课题。 受新冠疫情的推动，目前国外对居家（基层）核酸检测技术的研发在如火如荼的开展，如美国Detect Inc.开发的DetectTM COVID-19 test, 美国Lucira Health公司开发的LuciraTM Check it COVID-19 test kit, 和美国雅培研发的ABBOTT COVID-19 test等已经获批开始销售。而在国内，居家（基层）核酸检测技术尚处于发展阶段，目前尚无成熟的商业化产品问世，因此加速开发新一代居家（基层）核酸检测技术具有重要社会效益和经济价值。

CRISPR技术的问世掀起了生物技术领域的革命。因其高灵敏度、高特异性、以及反应温度温和等优点，近来CRISPR技术已经被广泛应用于分子诊断领域。2018年，Science杂志把CRISPR诊断技术誉为“下一代分子诊断”技术，而最近Nature又把CRISPR诊断技术也列为2022年最值得关注的7项技术之一。将CRISPR检测和核酸等温扩增技术结合起来，可以实现在单个温度下对核酸进行扩增和检测，这一特性对于发展简易的核酸检测方法和仪器具有重要的价值。作为一项虽然先进但又很年轻的诊断技术，CRISPR诊断目前还存在转化应用的关键瓶颈亟待突破。特别是，因为核酸等温扩增和CRISPR切割体系不兼容，目前CRISPR诊断技术的主流方法是将核酸扩增过程和CRISPR检测过程分步进行。但是分步反应需要反应试管的开盖和液体转移，从而增加检测步骤的复杂性、检测设备构建的难度和成本。此外，液体转移步骤非常容易引起气溶胶污染，从而导致假阳性。因此，核酸等温扩增和CRISPR检测的兼容性问题是商业化应用的一个关键障碍。

近来，华南师范大学生命科学学院周小明课题组在国家自然科学基金委原创探索项目、基金委重大研究计划、湖北省重点研发计划等课题支持下，在解决这一问题上取得了关键突破，提出了两种解决方案。首先，该团队发明了一种甘油添加剂增强的单管CRISPR核酸检测方法。利用甘油粘稠的特性，通过延迟单管反应中等温扩增与CRISPR体系的融合，缓解了单管反应中CRISPR体系对等温扩增模板核酸的切割，显著地提高了单管核酸检测的效率。在另一种方案中，该团队发明了一种光控的CRISPR检测技术。在光控的CRISPR检测中，通过设计沉默核苷酸与引导RNA互补，从而阻断CRISPR体系的识别切割功能。同时，该沉默核苷酸链由可被紫外光断裂的连接子偶联。当将这种失活的CRISPR检测体系与核酸等温扩增技术结合到一管内反应时，核酸模板不会被CRISPR所切割，所以扩增效率不受影响。当核酸扩增完成以后，用光激活CRISPR启动检测过程。光控CRISPR方法将核酸扩增和CRISPR检测在时间维度上分开，实现了封闭的，无需开盖转移试剂的，高灵敏度核酸检测。

上述研究成果已完成国家发明专利和PCT专利申报和原型机的开发。该工作由周小明研究员指导博士生林梅、胡梦露，硕士生邱志强等完成。该技术在新冠临床样本测试上得到了湖北省疾控所长江永忠的大力帮助。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c00616

https://doi.org/10.1073/pnas.2202034119