基于CRISPR/Cas系统快速鉴定重症肺炎病原菌

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重症肺炎是一种进展性肺部炎症,可由局部感染快速演变为全身性感染,具有高发病率和死亡率。引发重症肺炎的病原菌种类复杂多样,而且针对不同菌种感染所使用的抗菌药物类型具有较大差异,所以早期病原学的获取不仅是精准诊断的基础,也是精准治疗和合理选择药物的必要条件。然而,目前大多数医疗机构所采用的传统病原菌检测方法常依赖于耗时数天的病原菌培养与分离流程,难以及时地为医务人员提供病原菌的分布类型以满足临床上救治危重感染者的需要。因此,如何快速准确地鉴定引发重症肺炎的病原菌类型,从而最大程度地提高此类病例的诊治水平,已成为现如今人们关注的热点。本研究结合生物信息学与分子生物学技术,旨在开发一种病原菌快速检测工具。一方面,利用生物信息学手段对232种常见微生物的基因组进行多序列比对分析,筛选出每种病原微生物特有的DNA片段,以作为病原菌鉴定的依据。另一方面,首先根据特有的DNA片段设计合成了相应的crRNA,用于引导Cas12a的靶向识别。同时,原核表达纯化了 Cas12a蛋白,并验证其具有被靶DNA分子所激发的非特异切割任意单链DNA的反式切割活性。随后,构建了被切割后可产生荧光的单链报告DNA(5’端标记荧光基团和3’端标记淬灭基团)作为信号靶标。最终结合聚合酶链式反应核酸扩增技术,开发出一种基于CRISPR/Cas12a的病原菌快速检测工具,并且成功实现对鲍曼不动杆菌、大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、表皮葡萄球菌、头状葡萄球菌、粪肠球菌、屎肠球菌、嗜麦芽窄食单胞菌共10种常见重症肺炎病原菌的准确检测。此外,还利用该检测工具进一步对12份重症肺炎患者的临床样本进行了临床检测,其中8份临床样本的检测结果与基于培养分离的传统检测法相一致,3份临床样本的检测结果比传统检测法多检测出1~3种病原菌,1份临床样本的检测结果比传统检测法少检测出1种病原菌。本研究首次开发的基于CRISPR/Cas12a的病原菌快速检测工具展现出极高的阳性检出率(11/12,91.67%),并且整个检测流程所花费的时间(3个小时以内)远远低于基于培养分离的传统检测法(数天),表明该工具作为一种全新的病原菌快速检测手段具有极大的优势,甚至具有替代传统检测方法的潜力,非常适合在重症肺炎患者的临床诊断治疗过程中加以推广和应用。
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