CRISPR/Cas12a-Powered Amplification-Free RNA Diagnostics by Integrating T7 Exonuclease-Assisted Target Recycling and Split G-Quadruplex Catalytic Signal Output

化学 核酸外切酶 清脆的 Cas9 核酸 多重位移放大 核糖核酸 T7 RNA聚合酶 抄写(语言学) 分子生物学 计算生物学 DNA 聚合酶链反应 聚合酶 生物化学 噬菌体 基因 生物 大肠杆菌 语言学 哲学 DNA提取
作者
Decai Zhang,Benshun Tian,Yong Ling,Long Ye,Xiao Meng,Kaixuan Yuan,Xinqiang Zhang,Guansheng Zheng,Xinying Li,Judun Zheng,Yuhui Liao,Bowen Shu,Bing Gu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (25): 10451-10458 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c01800
摘要

Rapid and sensitive RNA detection is of great value in diverse areas, ranging from biomedical research to clinical diagnostics. Existing methods for RNA detection often rely on reverse transcription (RT) and DNA amplification or involve a time-consuming procedure and poor sensitivity. Herein, we proposed a CRISPR/Cas12a-enabled amplification-free assay for rapid, specific, and sensitive RNA diagnostics. This assay, which we termed T7/G4-CRISPR, involved the use of a T7-powered nucleic acid circuit to convert a single RNA target into numerous DNA activators via toehold-mediated strand displacement reaction and T7 exonuclease-mediated target recycling amplification, followed by activating Cas12a trans-cleavage of the linker strands inhibiting split G-Quadruplex (G4) assembly, thereby inducing fluorescence attenuation proportion to the input RNA target. We first performed step-by-step validation of the entire assay process and optimized the reaction parameters. Using the optimal conditions, T7/G4-CRISPR was capable of detecting as low as 3.6 pM target RNA, obtaining ∼100-fold improvement in sensitivity compared with the most direct Cas12a assays. Meanwhile, its excellent specificity could discriminate single nucleotide variants adjacent to the toehold region and allow species-specific pathogen identification. Furthermore, we applied it for analyzing bacterial 16S rRNA in 40 clinical urine samples, exhibiting a sensitivity of 90% and a specificity of 100% when validated by RT-quantitative PCR. Therefore, we envision that T7/G4-CRISPR will serve as a promising RNA sensing approach to expand the toolbox of CRISPR-based diagnostics.
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