Integrating CRISPR-Cas12a with a crRNA-Mediated Catalytic Network for the Development of a Modular and Sensitive Aptasensor

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作者
Xiaojia Shu,Decai Zhang,Xingrong Li,Qingyuan Zheng,Xiaoying Cai,Shijia Ding,Yurong Yan
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:11 (8): 2829-2836 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acssynbio.2c00224
摘要

Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-Cas12a, which exhibits excellent target DNA-activated trans-cleavage activity under the guidance of a programmable CRISPR RNA (crRNA), has shown great promise in next-generation biosensing technology. However, current CRISPR-Cas12a-based biosensors usually improve sensitivity by the initial nucleic acid amplification, while the distinct programmability and predictability of the crRNA-guided target binding process has not been fully exploited. Herein, we, for the first time, propose a modular and sensitive CRISPR-Cas12a fluorometric aptasensor by integrating an enzyme-free and robust crRNA-mediated catalytic nucleic acid network, namely, Cas12a-CMCAN, in which crRNA acts as an initiator to actuate cascade toehold-mediated strand displacement reactions (TM-SDRs). As a proof of concept, adenosine triphosphate (ATP) was selected as a model target. Owing to the multiturnover of CRISPR-Cas12a trans-cleavage and the inherent recycling amplification network, this method achieved a limit of detection value of 0.16 μM (20-fold lower than direct Cas12a-based ATP detection) with a linear range from 0.30 to 175 μM. In addition, Cas12a-CMCAN can be successfully employed to detect ATP levels in diluted human serum samples. Considering the simplicity, sensitivity, and easy to tune many targets by changing aptamer sequences, the Cas12a-CMCAN sensing method is expected to offer a heuristic idea for the development of CRISPR-Cas12a-based biosensors and unlock its potential for general and convenient molecule diagnostics.
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