基于功能核酸调控的CRISPR-Cas12a 传感器检测非核酸类靶标物

除了强大的基因编辑能力外，近年来，研究发现一些CRISPR-Cas系统具有ssDNase/ssRNase性，即在识别及切割目标核酸物的同时，能非特异性切割目标核酸周围的非目标核酸。例如，CRISPR-Cas12a系统在识别和切割目标ss/dsDNA后，能非特异性切割周围非目标ssDNA。CRISPR-Cas系统等温、酶放大特点，为将其应用于生物传感领域提供了理论基础。但是，已有报道的CRISPR-Cas传感器大多只能应用于核酸类目标物的检测，对非核酸目标物的诊断应用有限。因此，开发基于CRISPR-Cas体系的新的信号转化策略，实现核酸之外更广泛的目标物检测，是进一步推广CRISPR-Cas技术的体外诊断应用的关键难点。

近日，伊利诺伊大学香槟分校陆艺教授（点击查看介绍）团队、南昌大学熊勇华研究员（点击查看介绍）团队及南京大学张晶晶教授（点击查看介绍）团队共同合作，报道了一种基于功能核酸（functional DNA，包括适配体（aptamer）和脱氧核糖核酸酶（DNAzyme））调控CRISPR-Cas12a检测非核酸类目标物的新型传感器方法。其原理如上图所示，当目标物存在时，功能核酸特异性识别目标物，从而释放与之结合的激活DNA (activator)，释放后的DNA activator激活Cas12a的ssDNase活性，而激活的Cas12a进一步非特异性地切割两端分别标记了荧光及荧光猝灭基团的ssDNA，最终产生荧光信号。通过使用便携式荧光读取仪，该方法可在室温（25 ℃）条件下快速（＜15 min）检测血清中ATP及Na⁺，表明基于CRISPR-Cas12a的新型传感器适用于现场即时检测。理论上，通过筛选获得各种功能核酸序列，该方法可进一步用于其他小分子化合物、金属离子、病毒、蛋白甚至细胞的高灵敏快速检测。总之，该方法为CRISPR-Cas系统应用于生物医学诊断、环境监控以及食品安全检测等领域提供了一个新的思路。

相关工作发表在Journal of the American Chemistry Society 上，文章的第一作者为南昌大学博士研究生熊颖，陆艺教授、熊勇华研究员及张晶晶教授为论文共同通讯作者。

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Functional DNA Regulated CRISPR-Cas12a Sensors for Point-of-Care Diagnostics of Non-Nucleic-Acid Targets

Ying Xiong, Jingjing Zhang, Zhenglin Yang, Quanbing Mou, Yuan Ma, Yonghua Xiong, Yi Lu

J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b09211

导师介绍

陆艺

https://www.x-mol.com/university/faculty/188

https://chemistry.illinois.edu/yi-lu

熊勇华

https://www.x-mol.com/university/faculty/49822

http://sfst.ncu.edu.cn/szdw/jsfc/9d409ffa4cd84e34b21e976f2c3f4b55.htm?a=156

张晶晶

https://chem.nju.edu.cn/zjj_25287/list.htm

https://www.x-mol.com/groups/JJZ_DNA