Digitized Kinetic Analysis Enhances Genotyping Capacity of CRISPR-Based Biosensing

清脆的 基因分型 生物传感器 计算生物学 纳米技术 生物 材料科学 遗传学 基因型 基因
作者
Joon Soo Park,Patarajarin Akarapipad,Fan‐En Chen,Fangchi Shao,Heba H. Mostafa,Kuangwen Hsieh,Tza‐Huei Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (27): 18058-18070 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c05312
摘要

CRISPR/Cas systems have been widely employed for nucleic acid biosensing and have been further advanced for mutation detection by virtue of the sequence specificity of crRNA. However, existing CRISPR-based genotyping methods are limited by the mismatch tolerance of Cas effectors, necessitating a comprehensive screening of crRNAs to effectively distinguish between wild-type and point-mutated sequences. To circumvent the limitation of conventional CRISPR-based genotyping, here, we introduce Single-Molecule kinetic Analysis via a Real-Time digital CRISPR/Cas12a-assisted assay (SMART-dCRISPR). SMART-dCRISPR leverages the differential kinetics of the signal increase in CRISPR/Cas systems, which is modulated by the complementarity between crRNA and the target sequence. It employs single-molecule digital measurements to discern mutations based on kinetic profiles that could otherwise be obscured by variations in the target concentrations. We applied SMART-dCRISPR to genotype notable mutations in SARS-CoV-2, point mutation (K417N) and deletion (69/70DEL), successfully distinguishing wild-type, Omicron BA.1, and Omicron BA.2 SARS-CoV-2 strains from clinical nasopharyngeal/nasal swab samples. Additionally, we introduced a portable digital real-time sensing device to streamline SMART-dCRISPR and enhance its practicality for point-of-care settings. The combination of a rapid and sensitive isothermal CRISPR-based assay with single-molecule kinetic analysis in a portable format significantly enhances the versatility of CRISPR-based nucleic acid biosensing and genotyping.
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