Enhancement of trans-cleavage activity of Cas12a with engineered crRNA enables amplified nucleic acid detection

反式激活crRNA 核酸 清脆的 化学 核糖核酸 DNA 检出限 核酸检测 生物化学 脱氧核酶 计算生物学 基因组编辑 生物 色谱法 基因
作者
Long Thanh Nguyễn,B.J. Smith,Piyush Jain
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:207
标识
DOI:10.1038/s41467-020-18615-1
摘要

Abstract The CRISPR-Cas12a RNA-guided complexes have tremendous potential for nucleic acid detection but are limited to the picomolar detection limit without an amplification step. Here, we develop a platform with engineered crRNAs and optimized conditions that enabled us to detect various clinically relevant nucleic acid targets with higher sensitivity, achieving a limit of detection in the femtomolar range without any target pre-amplification step. By extending the 3′- or 5′-ends of the crRNA with different lengths of ssDNA, ssRNA, and phosphorothioate ssDNA, we discover a self-catalytic behavior and an augmented rate of LbCas12a-mediated collateral cleavage activity as high as 3.5-fold compared to the wild-type crRNA and with significant improvement in specificity for target recognition. Particularly, the 7-mer DNA extension to crRNA is determined to be universal and spacer-independent for enhancing the sensitivity and specificity of LbCas12a-mediated nucleic acid detection. We perform a detailed characterization of our engineered ENHANCE system with various crRNA modifications, target types, reporters, and divalent cations. With isothermal amplification of SARS-CoV-2 RNA using RT-LAMP, the modified crRNAs are incorporated in a paper-based lateral flow assay that can detect the target with up to 23-fold higher sensitivity within 40–60 min.
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