酶联免疫吸附测定法(ELISA)和化学发光免疫测定法(CLIA),已经开发并商业化用于检测抗SARS-CoV-2抗体,但由于繁琐的洗涤和操作步骤,通常不适合用作POCT。更重要的是,这些传统的检测方法缺乏在感染早期检测抗体的敏感性,也无法监测免疫功能低下患者中抗SARS-CoV-2抗体(这是诊断、监测大流行进展以及评估受感染个体和接种者的保护性体液免疫的另一类重要生物标志物。)水平的变化,尽管美国食品和药物管理局(FDA)已通过紧急使用授权(EUA)批准基于CRISPR-Cas13的SHERLOCK和Cas12介导的DETECR用于商业用途,作为核酸测试(NAT)取得了显著成功,但CRISPR-Cas系统尚未被用于敏感检测抗SARS-CoV-2抗体。
不久前,来自中国的研究团队在国际顶级期刊NatureCommunications上发表了一篇题为“ACRISPR-basedultrasensitiveassaydetectsattomolarconcentrationsofSARS-CoV-2antibodiesinclinicalsamples”文章。该研究团队介绍了一种超灵敏的基于CRISPR的抗体检测(UCAD)方法,其灵敏度比商业ELISA试剂盒高倍,可以有效区分抗SARS-CoV-2和抗其他冠状病毒(如SARS-CoV和MERS-CoV)的抗体,还可以对野生型(WT)SARS-CoV-2、δ或奥密克戎突变体产生的抗体产生特异性反应。由于超高灵敏度,UCAD还允许检测免疫受损亚群中的抗SARS-CoV-2水平,其抗体水平被标准CLIA定义为“不可检测”。
图片摘自:NatureCommunicationsUCAD分析的设计和操作:
UCAD的设计原理和灵敏度,图片摘自:NatureCommunications
UCAD的理念是将抗SARS-CoV-2的检测转化为预先设计的CRISPR-Cas12a可靶向双链DNA(dsDNA)barcode的产生,从而抗体可以激活Cas12a的重组酶聚合酶扩增(RPA)和单链DNA酶(ssDNase)活性(图a)。在没有抗体的情况下破坏Cas12a的结合和激活,在存在抗RBD的情况下,两个DNA探针空间上接近,从而形成稳定的双链。
UCAD的检测方案包括三个简单步骤,包括(1)抗体特异性的引物延伸以产生dsDNA条形码;(2)RPA扩增;和(3)由CRISPR-Cas12a介导的荧光团猝灭基团(FQ)标记的ssDNA报告物的切割。每个步骤的反应均在单个试管中在恒定37°C下进行,无需任何分离步骤。结果显示能够检测到低至10aM的抗RBD人单克隆抗体,其LOD与基于CRISPR的NAT的LOD相当。且对比实验表明UCAD测定比商用的ELISA测定方法至少敏感倍。
另外,更早前我国另外一个顶级的研发团队在《国家科学评论》(NationalScienceReview,NSR)顶级期刊发表了将CRISPR技术与光学传感器相结合,开发出新型核酸传感平台MOPCS技术,这项技术犹如敏锐的病毒“侦察兵”,可以在纷繁复杂的病毒密码中迅速、精准抓住基因变异特征,判断病毒分型,该MOPCS技术已获得专利权和欧盟CE认证。
MOPCS设计原理和灵敏度,图片摘自:NSR(一)高特异性。MOPCS技术利用CRISPR/Cas12a独特的酶切特性,通过引导RNA的设计,实现了对两代“毒王”Delta、Omicron,以及Omicron亚型BA.1的S序列的精准分型。这种高度特异性同时有效避免了假阳性结果的产生。
(二)高灵敏度。科研团队设计出了灵敏度更高的SPR传感芯片,成功实现了38分钟内对fM级别病毒核酸的无需预扩增的有效检测,高灵敏度有效避免了假阴性结果的产生。
(三)高延展性。除了当务之急将MOPCS技术运用于新冠疫情防控,该技术还可广泛应用于各类基因检测,如病毒筛查、癌症早筛、细菌检测等方面,其高特异性可进一步满足流行性病毒筛查并探索最新亚型,肿瘤相关因子肿瘤相关因子如VEGF的临床高危变异、肺部念珠菌感染检测等需求。强大的适用拓展性,使这项技术能够源源不断为人类提供健康福祉。
UCAD和MOPCS方法分别在顶级期刊的发表和进入临床应用,可见中国在IVD领域已经引领国际前沿基因检测技术,该技术成功离不开默默奉献的技术研发团队的努力。特别是MOPCS方法可以为CRISPR终极应用场景:家用分子诊断,也就是业界追求的“家检”更近了一步。