Multiplexed CRISPR-based microfluidic platform for clinical testing of respiratory viruses and identification of SARS-CoV-2 variants

清脆的 严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2) 计算生物学 病毒学 冠状病毒 鉴定(生物学) 2019年冠状病毒病(COVID-19) 病毒 生物 分子诊断学 一致性 医学 基因 生物信息学 疾病 遗传学 传染病(医学专业) 病理 植物
作者
Nicole L. Welch,Meilin Zhu,Catherine Hua,Juliane Weller,Marzieh Ezzaty Mirhashemi,Tien G. Nguyen,Sreekar Mantena,Matthew R. Bauer,Bennett Shaw,Cheri M. Ackerman,Sri Gowtham Thakku,Megan W. Tse,Jared Kehe,Marie-Martine Uwera,Jacqueline S. Eversley,Derek A. Bielwaski,Graham McGrath,Joseph Braidt,Jeremy Johnson,Felecia Cerrato
出处
期刊:Nature Medicine [Nature Portfolio]
卷期号:28 (5): 1083-1094 被引量:187
标识
DOI:10.1038/s41591-022-01734-1
摘要

The coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic has demonstrated a clear need for high-throughput, multiplexed and sensitive assays for detecting severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and other respiratory viruses and their emerging variants. Here, we present a cost-effective virus and variant detection platform, called microfluidic Combinatorial Arrayed Reactions for Multiplexed Evaluation of Nucleic acids (mCARMEN), which combines CRISPR-based diagnostics and microfluidics with a streamlined workflow for clinical use. We developed the mCARMEN respiratory virus panel to test for up to 21 viruses, including SARS-CoV-2, other coronaviruses and both influenza strains, and demonstrated its diagnostic-grade performance on 525 patient specimens in an academic setting and 166 specimens in a clinical setting. We further developed an mCARMEN panel to enable the identification of 6 SARS-CoV-2 variant lineages, including Delta and Omicron, and evaluated it on 2,088 patient specimens with near-perfect concordance to sequencing-based variant classification. Lastly, we implemented a combined Cas13 and Cas12 approach that enables quantitative measurement of SARS-CoV-2 and influenza A viral copies in samples. The mCARMEN platform enables high-throughput surveillance of multiple viruses and variants simultaneously, enabling rapid detection of SARS-CoV-2 variants.
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