综述:基于CRISPR/Cas12a系统的传感器拆分技术

【字体: 时间:2025年06月19日 来源:Biotechnology Advances 12.1

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  这篇综述系统阐述了拆分技术在CRISPR/Cas12a系统传感器中的应用进展。通过将激活剂(activator)、crRNA、报告分子(reporter)和Cas12a蛋白进行模块化拆分,显著拓展了检测范围(如非PAM序列dsDNA、短链ssDNA和RNA直接检测),增强了crRNA稳定性,提高了编程灵活性(programmability),并降低了标记成本(label-free)。文章还探讨了该技术在细胞逻辑电路构建中的潜力,为核酸分析领域提供了创新思路。

  

Split activator
传统CRISPR/Cas12a系统依赖PAM序列激活,而拆分技术通过将dsDNA或ssDNA激活剂模块化,成功实现了非PAM序列dsDNA和短于15核苷酸的ssDNA直接检测。这种创新突破了经典系统的靶标限制,为稀有序列检测提供了新策略。

Split crRNA
Cas12a的crRNA通常由20nt支架序列和20nt可变序列组成。研究发现,拆分后的crRNA仍能有效激活Cas12a的trans-cleavage活性。这种特性不仅增强了crRNA在复杂环境中的稳定性,还允许通过模块化设计实现多重检测,显著提升了系统可编程性。

Split reporter
传统荧光标记的ssDNA报告分子成本高昂。拆分技术采用无标记(label-free)报告探针,如分裂的G-四链体结构,在激活后自组装产生信号。这种设计将检测成本降低约90%,同时保持了与标记探针相当的灵敏度。

Split Cas12a
在细胞内应用中,失活型Cas12a(dCas12a)被拆分为两个片段,通过二聚化条件性激活。这种设计实现了基因转录的精准调控,为构建多输入-输出的逻辑门电路奠定了基础,展现了在合成生物学中的巨大潜力。

Conclusion and perspective
拆分技术使CRISPR/Cas12a系统突破了靶标范围、稳定性和成本限制,但其在活体应用中的递送效率和信噪比仍需优化。未来,结合纳米载体技术和人工智能设计算法,有望开发出更高效的下一代分子诊断工具。

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