Solid-Phase Extraction and Enhanced Amplification-Free Detection of Pathogens Integrated by Multifunctional CRISPR-Cas12a

材料科学 清脆的 反式激活crRNA 计算生物学 纳米技术 核酸 核酸检测 DNA提取 Cas9 聚合酶链反应 生物 遗传学 基因
作者
Zimu Tian,He Yan,Yong Zeng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (12): 14445-14456 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.3c17039
摘要

-cleavage activity of a CRISPR-Cas12a/Cas13a system to provide diagnostic results, and they need to be combined with an additional preamplification reaction to enhance sensitivity. In contrast to this dual-function strategy, here, we present a new approach that collaboratively integrates the triple functions of CRISPR-Cas12a: target identification, sequence-specific enrichment, and signal generation. With this approach, we develop a nucleic acid assay termed Solid-Phase Extraction and Enhanced Detection Assay integrated by CRISPR-Cas12a (SPEEDi-CRISPR) that negates the need for preamplification but significantly improves the detection of limit (LOD) from the pM to fM level. Specifically, using Cas12a-coated magnetic beads, this assay combines efficient solid-phase extraction and enrichment of DNA targets enabled by the sequence-specific affinity of CRISPR-Cas12a with fluorogenic detection by activated Cas12a on beads. SPEEDi-CRISPR, for the first time, leverages the possibility of employing CRISPR/Cas12a in nucleic acid extraction and integrates the ability of both enrichment and detection of CRISPR/Cas into a single platform. Our proof-of-concept studies revealed that the SPEEDi-CRISPR assay has great specificity to distinguish HPV-18 from HPV-16, and Parvovirus B19, in addition to being able to detect HPV-18 at a concentration as low as 2.3 fM in 100 min and 4.7 fM in 60 min. Furthermore, we proved that this assay can be coupled with two point-of-care testing strategies: the smartphone-based fluorescence detector and the lateral flow assay. Overall, these results suggested that our assay could pave a new way for developing CRISPR diagnostics.
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