Lanthanide Metal–Organic Framework-Integrated CRISPR-Cas Technology for Amplification-free Gene Mutation Assay

化学 清脆的 核酸 荧光 寡核苷酸 连接器 突变体 检出限 DNA 分子生物学 组合化学 基因 生物化学 色谱法 生物 量子力学 操作系统 物理 计算机科学
作者
Yongzhen Liu,Long Yu,Zhiwen Gan,Yumin Feng,Jiyu Tong,Yuxiu Xiao
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (32): 17415-17423 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c01949
摘要

Nucleic acid amplification remains a major bottleneck in CRISPR-based molecular diagnostics, limiting assay speed, simplicity, and accuracy. Herein, we report a lanthanide metal–organic framework (Ln-MOF)-integrated CRISPR-Cas12a platform for amplification-free detection of gene mutations with high sensitivity and specificity. In this system, target recognition activates Cas12a trans-cleavage, degrading a single-stranded DNA linker and releasing alkaline phosphatase (ALP). The liberated ALP hydrolyzes p-nitrophenyl phosphate (pNPP) to generate phosphate ions, which interact with Eu-TPTC (TPTC: [1,1′:4′,1″] terphenyl-3,3″,5,5″-tetracarboxylic acid) MOF sensor, inducing a ratiometric fluorescence change by selectively quenching the Eu3+ emission and enhancing the ligand emission. This mechanism enables quantitative, amplification-free detection of the oncogenic BRAF V600E mutation down to 0.1 pM, with excellent specificity and anti-interference ability. The assay demonstrates full agreement with conventional quantitative PCR when applied to clinical samples, accurately distinguishing mutant from wild-type genotypes. This strategy couples CRISPR-driven enzymatic signaling with Ln-MOF fluorescence modulation, offering an accurate and rapid readout. By eliminating amplification and streamlining workflow, this method holds significant potential for gene mutation analysis in clinical diagnostics.
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