A paper-based assay for the colorimetric detection of SARS-CoV-2 variants at single-nucleotide resolution

严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2) 核酸 病毒学 冠状病毒 核糖核酸 核苷酸 聚合酶链反应 生物 2019年冠状病毒病(COVID-19) 分子生物学 计算生物学 化学 基因 生物化学 医学 病理 传染病(医学专业) 疾病
作者
Ting Zhang,Ruijie Deng,Yuxi Wang,Chengyong Wu,Kaixiang Zhang,Chunyan Wang,Ningqiang Gong,Rodrigo Ledesma‐Amaro,Xucong Teng,Chunrong Yang,Ting Xue,Yong Zhang,Yun Hu,Qiang He,Weimin Li,Jinghong Li
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:6 (8): 957-967 被引量:161
标识
DOI:10.1038/s41551-022-00907-0
摘要

The evolution of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has highlighted the need for versatile diagnostic assays that can discriminate among emerging variants of the virus. Here we report the development and performance benchmarking of an inexpensive (approximately US$0.30 per test) assay for the rapid (sample-to-answer time within 30 min) colorimetric detection of SARS-CoV-2 variants. The assay, which we integrated into foldable paper strips, leverages nucleic acid strand-displacement reactions, the thermodynamic energy penalty associated with single-base-pair mismatches and the metal-ion-controlled enzymatic cleavage of urea to amplify the recognition of viral RNAs for the colorimetric readout of changes in pH via a smartphone. For 50 throat swab samples, the assay simultaneously detected the presence of SARS-CoV-2 and mutations specific to the SARS-CoV-2 variants Alpha, Beta and Gamma, with 100% concordance with real-time quantitative polymerase chain reaction and RNA sequencing. Customizable and inexpensive paper-based assays for the detection of viruses and their variants may facilitate viral surveillance. A paper-based assay leveraging nucleic acid strand-displacement reactions and the enzymatic amplification of the recognition of viral RNA at the single-nucleotide level allows for the rapid colorimetric detection of SARS-CoV-2 variants.
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