中山大学王佳思、周建华教授团队PddCas——基于数字CRISPR/Cas的多分散液滴无扩增病毒DNA/RNA快速检测

由病毒引发的传染病暴发已导致数百万人死亡和巨大的经济损失。准确、及时地检测病毒核酸对病毒引发的传染病的诊断、监测和预防至关重要。到目前为止，定量聚合酶链式反应（qPCR）由于其高灵敏度和高特异性而仍然是病毒核酸检测的黄金标准。尽管如此，qPCR需要复杂的设备和专业的人员来操作，这不适合于即时检测（POCT）。等温扩增方法如环介导等温扩增反应（LAMP）和重组酶聚合酶扩增反应（RPA），克服了对热循环仪的需求，快速而又简便。然而，这类检测方法往往会带来非特异性扩增，从而影响检测的特异性和可靠性。将等温扩增的便利性和经济性与PCR的诊断准确性结合起来，仍然是一个未得到满足的需求。近年来，规律间隔成簇短回文重复序列（CRISPR）和CRISPR相关蛋白（CRISPR-Cas）被用于核酸检测，其顺式识别和非靶标反式切割机制不同于传统的聚合酶扩增，引起了人们对开发检测DNA/RNA的新技术的极大兴趣。

近日，中山大学生物医学工程学院王佳思、周建华教授研究团队开发了一种基于多分散液滴数字化CRISPR-CAS的检测方法（PddCas），用最少的仪器快速、超灵敏、免扩增地检测病毒DNA/RNA。该分析方法对于DNA与RNA的检出限分别为100 aM与10 aM，其灵敏度约为相对应大多数CRISPR检测的3×10⁴-10⁵倍。本次工作中PddCas成功地检测了临床样本中的SARS冠状病毒 (SARS-CoV-2) 和人乳头瘤病毒18型 (HPV18型)。对23份疑似HPV 18的宫颈上皮细胞样本和32份鼻咽拭子检测SARS-CoV-2的敏感性和特异性均为100%。建立并验证了PddCas双基因病毒检测方法。PddCas具有即时检测应用的潜力，有望作为综合公共卫生监测计划的一部分，随时部署用于频繁测试。

图1. PddCas无扩增检测靶DNA或RNA示意图。

图2. PddCas12a/Cas13a正交法检测靶DNA/RNA的评估。

图3. PddCas的临床验证。

近期，该研究成果发表在Analytical Chemistry 上。通讯作者为中山大学生物医学工程学院王佳思副教授、周建华教授与浙江清华长三角研究院李旭辉研究员。该工作得到了中国国家重点研究发展计划 (2021YFF0703300)、中国国家自然科学基金 (31770849) 与浙江省农业农村厅基金 (2022SNJF078) 的资助和广东省传感技术与生物医学仪器重点实验室 (2020B1212060077) 的大力支持。

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PddCas: A Polydisperse Droplet Digital CRISPR/Cas-Based Assay for the Rapid and Ultrasensitive Amplification-Free Detection of Viral DNA/RNA

Yingying Xue, Xinyi Luo, Wenfei Xu, Ke Wang, Mengqi Wu, Lei Chen, Gewei Yang, Kun Ma, Ming Yao, Qinghe Zhou, Qingshan Lv, Xuhui Li*, Jianhua Zhou*, and Jiasi Wang*

Anal. Chem., 2023, 95, 966–975, DOI: 10.1021/acs.analchem.2c03590

作者简介

王佳思，中山大学生物医学工程学院，副教授，硕士生导师。2010年获得吉林大学生物化学与分子生物学硕士学位，2016年在中科院长春应化所化学生物学获博士学位；2016-2019任华盛顿大学生物医学工程专业博士后；2019年至今担任申请单位“百人计划”副教授。生化传感检测及微流控技术实验室核心成员。在核酸分析方面拥有超过10年的实验经验，近年来致力开发新型数字式核酸检测技术。开发了一系列数字式恒温检测方法与芯片，用于定量检测病毒核酸。在现场检测技术开发、CRISPR-Cas技术、病毒精准定量分析方面拥有丰富经验。拥有多学科研究背景，以一作/通讯身份在J. Am. Chem. Soc., Nucleic Acids Res., Small, Mater. Today，Anal. Chem., Lab Chip 等杂志发表论文15篇。

李旭辉，浙江清华长三角研究院研究员，生物技术与医药研究所所长助理，精准医学中心副主任。

周建华，中山大学生物医学工程学院教授，博士生导师，生化传感检测及微流控技术团队负责人。长期从事微流控技术、微纳制造、生物医学微纳检测与传感、快速检测技术、高通量检测和筛选平台、微纳诊疗技术和人工组织器官的研究。近五年主持包括国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目和青年项目、广东省自然科学基金等十余项国家、省市科研项目。目前已发表SCI论文100余篇，其中包括本领域主流期刊Nat. Commun.（2篇）, Adv. Mater., Proc. Nati. Acad. Sci., Angew Chem., Nano Letter., Small, Lab Chip, Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Anal. Chem.等；担任60余种国内外期刊的审稿人和仲裁审稿人。申请50余项国家发明专利（PCT 2项）。获2017年广东省科学技术二等奖（4/9）。

https://www.x-mol.com/university/faculty/62331