基于Cas13a酶内链置换反应介导的循环级联无扩增快速检测RNA

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临床检测RNA病毒和疾病相关RNA往往需要扩增靶标,方法耗时长,操作繁琐,假阳性率高。为了快速简单检测RNA,适应即时检测需求,利用Cas13a识别靶RNA的高特异性和高效率反式剪切酶活性信号放大作用,我们提出了一种通过Cas13a酶内链置换介导的级联循环反应快速检测RNA的策略,不需要目标扩增,实现RNA的简便快速测定。本研究首次证明了CrRNA/Cas13a复合物酶内链置换的可行性。通过设计和优化一种发夹状RNA中介物作为靶激活Cas13a的裂解底物,使其裂解产物作为次级靶与特异性引导RNA(CrRNA-M)结合,创新性提出Cas13a酶内链置换反应引发发夹状RNA中介物介导的循环信号放大检测方法,即Cas13a酶内链置换介导的级联循环反应(intra-enzyme chain replacement-promoted Cas13a cascade cyclic reaction,Cpccc)。当靶RNA识别并结合初级Cas13a酶及引导CrRNA复合物(Cas13a/CrRNA-T)后,激活Cas13a裂解中介物,裂解后中介物产物通过酶内链置换识别相应的次级Cas13a酶及引导CrRNA复合物(Cas13a/CrRNA-M),活化的次级Cas13a又可再次切割中介物,并开始Cas13a裂解启动的循环级联反应。积累的活化Cas13a剪切荧光报告探针,实现目标RNA检测。以miRNA-21为模型靶,筛选中介物结构,优化中介物与酶比率和酶反应时间。在优化条件下,系统的初始反应速度与靶标浓度在10f M到50p M范围内呈线性响应,检出限为75a M(定义为3倍标准偏差与三个重复空白均值之比),对非靶RNA无明显应答。此外,对比Cpccc和q RT-PCR对于四个不同细胞系内miRNA表达情况及对于临床呼吸道合胞病毒(RSV)检测,结果高度一致。进一步用该方法检测临床痰标本呼吸道合胞病毒,结果与临床荧光免疫法检测结果一致。这种“混合&读取”的操作模式可以在30分钟内室温条件下检测RNA。只要针对不同RNA改变CrRNA-T,就可实现检测不同RNA靶。众所周知,Cas13a靶向单链RNA,而不是双链RNA。本研究首次发现带脚趾的双链RNA也可以激活Lbu Cas13a,扩展了Cas13a的应用范式。基于这一发现,提出了Cas13a酶内链置换反应介导的循环级联无扩增快速检测RNA策略,可在室温下以“混合&读取”模式下检测RNA病毒,具有快速、简单、方便、高效检测RNA的特点,有望应用于RNA病毒快速筛查。
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