Versatile CRISPR-Cas12a-Based Biosensing Platform Modulated with Programmable Entropy-Driven Dynamic DNA Networks

化学 核酸 清脆的 生物传感器 纳米技术 分析物 计算生物学 DNA 核酸检测 核糖核酸 适体 生物化学 基因 分子生物学 生物 材料科学 物理化学
作者
Chunyan Wang,Cuiyan Han,Xiaoxue Du,Weiwei Guo
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:93 (38): 12881-12888 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c01597
摘要

In addition to their roles as revolutionary genome engineering tools, CRISPR-Cas systems are also highly promising candidates in the construction of biosensing systems and diagnostic devices, which have attracted significant attention recently. However, the CRISPR-Cas system cannot be directly applied in the sensing of non-nucleic acid targets, and the needs of synthesizing and storing different vulnerable guide RNA for different targets also increase the application and storage costs of relevant biosensing systems, and therefore restrict their widespread applications. To tackle these barriers, in this work, a versatile CRISPR-Cas12a-based biosensing platform was developed through the introduction of an enzyme-free and robust DNA reaction network, the entropy-driven dynamic DNA network. By programming the sequences of the system, the entropy-driven catalysis-based dynamic DNA network can respond to different types of targets, such as nucleic acids or proteins, and then activate the CRISPR-Cas12a to generate amplified signals. As a proof of concept, both nucleic acid targets (a DNA target with random sequence, T, and an RNA target, microRNA-21 (miR-21)) and a non-nucleic acid target (a protein target, thrombin) were chosen as model analytes to address the feasibility of the designed sensing platform, with detection limits at the pM level for the nucleic acid analytes (7.4 pM for the DNA target T and 25.5 pM for miR-21) and 0.4 nM for thrombin. In addition, the detection of miR-21 or thrombin in human serum samples further demonstrated the applicability of the proposed biosensing platform in real sample analysis.
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