A mutation-sensitive, multiplexed and amplification-free detection of nucleic acids by stretching single-molecule tandem hairpin probes

核酸 生物 DNA 核酸热力学 分子生物学 计算生物学 锁核酸 分子信标 杂交探针 寡核苷酸 遗传学 基序列
作者
Ya-Jun Yang,Hengzhi Fu,Xiaolu Li,Huanming Yang,Er-Chi Zhou,Chengyu Xie,Shuwen Wu,Fuchu He,Yan Zhang,Yueyue Zhang
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/nar/gkad601
摘要

Abstract The detection of nucleic acid sequences in parallel with the discrimination of single nucleotide variations (SNVs) is critical for research and clinical applications. A few limitations make the detection technically challenging, such as too small variation in probe-hybridization energy caused by SNVs, the non-specific amplification of false nucleic acid fragments and the few options of dyes limited by spectral overlaps. To circumvent these limitations, we developed a single-molecule nucleic acid detection assay without amplification or fluorescence termed THREF (hybridization-induced tandem DNA hairpin refolding failure) based on multiplexed magnetic tweezers. THREF can detect DNA and RNA sequences at femtomolar concentrations within 30 min, monitor multiple probes in parallel, quantify the expression level of miR-122 in patient tissues, discriminate SNVs including the hard-to-detect G–U or T–G wobble mutations and reuse the probes to save the cost. In our demonstrative detections using mock clinic samples, we profiled the let-7 family microRNAs in serum and genotyped SARS-CoV-2 strains in saliva. Overall, the THREF assay can discriminate SNVs with the advantages of high sensitivity, ultra-specificity, multiplexing, reusability, sample hands-free and robustness.
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