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为解决准确灵敏检测金黄色链霉菌(Streptomyces aureofaciens)Tü117 的难题,研究人员开展了双重重组酶聚合酶扩增(RPA)耦合 crRNA 阵列介导的 CRISPR/Cas12a 检测方法(DR-CAMCas)的研究。结果显示该方法检测限约 3 cfu/mL,在临床样本检测中表现可靠,为盐敏感性高血压诊断提供新工具。
近年来,随着对健康研究的深入,肠道菌群与多种疾病之间的关联逐渐被揭示。在高血压领域,越来越多研究发现,高血压患者存在肠道菌群改变和肠道屏障功能受损的现象。研究表明,肠道菌群与高血压之间存在紧密联系。此前研究更是确定了革兰氏阳性菌金黄色链霉菌(
Streptomyces aureofaciens)Tü117,它是一种与高血压相关的新型肠道细菌 。其产生的次级代谢产物 α - 脂霉素,能抑制内皮细胞 TRPV4 通道的开放,从而抑制血管舒张,促进高血压的发生。特别是在高盐饮食诱导的高血压小鼠中,粪便样本里金黄色链霉菌 Tü117 的丰度有所升高。
目前,针对肠道微生物的检测面临诸多困境。传统的粪便培养和选择性培养基筛选方法,在标本采集上存在困难,处理时间漫长,阳性率较低且灵敏度有限,严重阻碍了高血压早期病因的诊断。而定量聚合酶链式反应(qPCR)技术虽然能准确检测和识别病原微生物,但该技术依赖热循环仪,扩增周期长,还需要专业操作人员,无法在基层医疗场所进行即时检测。因此,开发一种能精准检测金黄色链霉菌 Tü117 的方法迫在眉睫。
为了攻克这些难题,国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们将双重重组酶聚合酶扩增(dual recombinase polymerase amplification,简称双重 RPA)与 crRNA 阵列介导的 CRISPR/Cas12a 技术相结合,开发出了 DR-CAMCas 检测系统。该研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》上。
研究人员采用的主要关键技术方法有:双重 RPA 技术,它能在等温条件(约 40°C)下,在 10 - 20 分钟内将多个核酸靶点(本研究中为金黄色链霉菌 Tü117 的 16S rDNA 和 LipReg4 基因)扩增到可检测水平;crRNA 阵列介导的 CRISPR/Cas12a 系统,通过设计多个 crRNA 结合位点,利用多位点识别信号叠加增强检测灵敏度,且 CRISPR/Cas12a 具有序列依赖性识别特性,保证了核酸检测的高特异性 。此外,研究还使用了 AuNPs - DNA 纳米探针和侧向流动生物传感器技术,实现了可视化检测和即时检测(POCT)。样本来源于高盐饮食诱导的高血压小鼠和高血压患者的粪便。
检测机制研究
DR-CAMCas 系统的检测机制十分精妙。金黄色链霉菌 Tü117 的 16S rDNA 和 LipReg4 基因经一步双重 RPA 扩增,产生大量扩增产物。基于这些产物序列设计多个 crRNA,激活 crRNA 阵列介导的 CRISPR/Cas12a 系统。该系统被激活后,会利用 “反式切割” 活性持续降解外源单链 DNA(ssDNA)信号分子,从而释放荧光信号。
检测性能研究
实验表明,DR-CAMCas 系统具有超高的检测性能。其扩增效率高,检测线性范围为 10 - 108 cfu/mL,检测限低至约 3 cfu/mL。这一结果意味着该系统能够检测到极低浓度的金黄色链霉菌 Tü117,大大提高了检测的灵敏度。
临床样本检测研究
研究人员将 DR-CAMCas 系统应用于实际临床样本检测,对高盐饮食诱导的高血压小鼠和高血压患者粪便样本中的金黄色链霉菌 Tü117 进行检测。结果显示,该系统检测结果与 qPCR 结果相符,证明了其在实际应用中的高可靠性和实用性。
可视化检测研究
通过将 AuNPs - DNA 纳米探针整合到 DR-CAMCas 系统中,当目标诱导 DNA 连接体被切割后,AuNPs - DNA 探针分散,实现了比色检测。并且该系统集成到侧向流动传感器上,可通过简单的目视试纸条分析进行即时检测,满足了不同场景下的检测需求。
研究结论表明,DR-CAMCas 系统是一种高效、精准且具有多信号输出的检测平台,能够实现对金黄色链霉菌 Tü117 的高灵敏、高特异性检测。该系统不仅可用于检测高血压小鼠和患者粪便样本中的金黄色链霉菌 Tü117,还通过集成多种技术实现了可视化检测和即时检测。这一研究成果意义重大,为盐敏感性高血压的辅助诊断和风险评估提供了全新的方法和思路,有望在未来临床诊断中发挥重要作用,帮助医生更早期、更准确地判断高血压患者的病情,为个性化治疗提供有力支持。