Reverse Transcription Recombinase Polymerase Amplification Coupled with CRISPR-Cas12a for Facile and Highly Sensitive Colorimetric SARS-CoV-2 Detection

重组酶聚合酶扩增 化学 重组酶 严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2) 分子生物学 逆转录酶 清脆的 聚合酶链反应 病毒学 2019年冠状病毒病(COVID-19) 基因 生物 生物化学 医学 疾病 病理 重组 传染病(医学专业)
作者
Wei S. Zhang,Jianbin Pan,Feng Li,Min Zhu,Mengting Xu,Hongyan Zhu,Yanyan Yu,Gaoxing Su
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:93 (8): 4126-4133 被引量:250
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c00013
摘要

The outbreak of the pandemic caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) calls for an urgent unmet need for developing a facial and cost-effective detection method. The requirement of well-trained personnel and sophisticated instrument of current primary mean (reverse transcription polymerase chain reaction, RT-PCR) may hinder the practical application worldwide. In this regard, a reverse transcription recombinase polymerase amplification (RT-RPA) coupled with CRISPR-Cas12a colorimetric assay is proposed for the SARS-CoV-2 detection. The methodology we have described herein utilizes DNA-modified gold nanoparticles (AuNPs) as a universal colorimetric readout and can specifically target ORF1ab and N regions of the SARS-CoV-2 genome. After the virus genome is amplified through RT-RPA, the resulting abundant dsDNA will bind and activate Cas12a. Under trans-cleavage degradation, the capped DNA substrate will be hydrolyzed gradually from AuNPs, demonstrating a change in the surface plasmon resonance (SPR), which can be facially monitored by UV-vis absorbance spectroscopy and naked eye observation. The high amplification efficiency from RT-RPA and Cas12a trans-cleavage process bring the sensitivity of our method to 1 copy of viral genome sequence per test. Notably, under the dual variations inspecting from the isothermal amplification and Cas12a activation process, the false positive events from other beta coronavirus members can be effectively avoided and thus significantly improve the specificity. Furthermore, the reliability of this colorimetric assay is validated by standard clinical samples from the hospital laboratory department. Through integration of the inherently high sensitivity and specificity from an RPA-coupled Cas12a system with the intrinsic simplicity of AuNP-based colorimetric assay, our method increases the practical testing availability of SARS-CoV-2.
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