Enhancing CRISPR-Cas-Mediated Detection of Nucleic Acid and Non-nucleic Acid Targets Using Enzyme-Labeled Reporters

化学 核酸 荧光团 适体 清脆的 分子信标 核酸检测 检出限 寡核苷酸 肉眼 脱氧核酶 核酸定量 生物化学 组合化学 分析物 辣根过氧化物酶 DNA 分子生物学 色谱法 荧光 基因 生物 物理 量子力学
作者
Devleena Samanta,Sasha B. Ebrahimi,Namrata Ramani,Chad A. Mirkin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (36): 16310-16315 被引量:147
标识
DOI:10.1021/jacs.2c07625
摘要

We introduce a new method to generate an amplified signal in CRISPR-Cas-based detection. Target recognition activates a CRISPR-Cas complex, leading to catalytic cleavage of horseradish peroxidase (HRP)-labeled oligonucleotides from the surface of microbeads. We show that the HRP released into solution can be monitored through colorimetric, fluorometric, or luminescent approaches, yielding up to ∼75-fold turn-on signal and limits of detection (LODs) as low as ∼10 fM. Compared to Cas-based detection with a conventional fluorophore/quencher reporter, this strategy improves the LOD by ∼30-fold. As a proof-of-concept, we show the rapid (<1 h), PCR-free, and room temperature (25 °C) detection of a nucleic acid marker for the SARS-CoV-2 virus with the naked eye at clinically relevant concentrations. We further show that the probe set can be programmed to be recognized and activated in the presence of non-nucleic acid targets. Specifically, we show adenosine triphosphate (ATP) binding to an aptamer can activate CRISPR-Cas and trigger a colorimetric readout, enabling the analysis of ATP in human serum samples with sensitivity on par with that of several commercially available kits. Taken together, the strategy reported herein offers a simple and sensitive platform to detect analytes where target amplification is either inconvenient (e.g., PCR under point-of-care settings) or impossible.
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