25 DETECTR達到了aM水平的靈敏度和≤7個堿基的特異性。例如,它能準確地檢測出受試者攜帶的是哪種亞型的HPV。
圖片來源:參考資料2和10
26 在同期Science論文中,張鋒團隊從三個方面著手完善SHERLOCK:多重化、定量化和去熒光。先說多重化:他們挑選了來自兩個不同菌株的Cas13a和來自兩個不同菌株的Cas13b。每個酶的crRNA不同,激活后能剪切的核苷酸對也不相同。這樣,在理論上他們可以構建出一個有4個頻道的多重分析方法。
圖片來源:參考資料9
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在一個實驗中,他們通過包括了兩個Cas13b,
一個Cas13a,和一個Cas12a的SHERLOCK準確地檢驗出一個樣品是否含有塞卡病毒(ZIKV)的RNA,登革熱病毒(DENV)的RNA,
一個靶DNA或一個靶RNA。不同靶分子的信號通過四個不同的熒光頻道(FAM, TEX, Cy5和HEX)分別顯示出來。
圖片來源:參考資料9
28 在定量化的方向上,他們發現以前SHERLOCK中RPA一步使用的引物濃度過高,導至DNA擴增跨越了指數線性增長階段而達到飽和階段,無法定量測量靶核酸分子。這次他們將引物系列稀釋,找到了合適的引物濃度——240nM(中圖)。改進后的SHERLOCK在較寬的樣品濃度范圍內(低至渺摩爾)可持續定量(右圖)。
圖片來源:參考資料9
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SHERLOCK雖然不需要PCR儀,但由于結果的顯示還需要測量熒光信號,它無法真正做到“儀器自由”。這也限制了它在野外、居家、診所、非醫院場所和偏遠地區的使用。張鋒團隊因此嘗試開發金標層析格式的SHERLOCK,以通過顏色變化來讀取結果。報告RNA兩端的熒光素和淬滅劑被分別置換成biotin和FAM。如果報告RNA沒有被剪斷,金納米顆粒-FAM抗體-FAM-報告RNA-biotin耦合物就會被strepavidin滯留在第一條線上,第二條線則不顯色。如果報告RNA被剪斷,金納米顆粒-FAM抗體-FAM被釋放,就能跑到第二條線上,被protein
A滯留。所以診斷結果的陽性或陰性可通過第二條線顯色或不顯色判讀。這與驗孕棒的使用類似。
圖片來源:參考資料9
30 張鋒團隊用金標層析格式的SHERLOCK成功地檢測到濃度低至2aM的塞卡病毒RNA。整個測試只需1小時。
圖片來源:參考資料9
31 金標SHERLOCK也可以被用來做癌癥病人的快速液體活檢。從非小細胞肺癌(NSCLC)患者的唾液樣品中,他們可以檢測到游離DNA中是否含有突變的EGFR基因(L858R)。至此,從多重化、定量化和去熒光三個方面,張鋒團隊在實驗室里完成了對SHERLOCK的第一次技術迭代。
圖片來源:參考資料9
32 在下一篇Science論文中,張鋒實驗室與哈佛的Pardis Sabeti實驗室合作,繼續將SHERLOCK向產業化的方向推進。這次他們的主攻方向是病毒即時檢測。近些年來,全球屢遭各種病毒瘟疫的肆虐。如果我們在疫情初發時,就能開發出快速、準確的現場診斷方法(POCT),那么疫情的擴散就可以得到有效的控制。這個方法要非常robust(“皮實”、穩健、抗干擾)和便捷,適用于各種條件。為了直接從患者的體液樣品中分析、讀取信號,兩個團隊發明了HUDSON技術(Heating Unextracted Diagnostic Samples to Obliterate Nucleases), 通過加熱的方式(還加了TCEP/EDTA)先滅活核酸酶再滅活病毒,最后通過SHERLOCK診斷。所有反應都在一個容器內進行,不需要換液、提純(與圖20對比)。他們可以用HUDSON+SHERLOCK從患者的血清、唾液或尿樣中高靈敏度地檢測出塞卡病毒的RNA——熒光或金標兩種格式都可以。
圖片來源:參考資料15
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在疫區診斷時不但要知道是何種病毒感染,還要判斷出是哪種病毒亞型。他們也設計了DENV的診斷套餐,從患者的體液樣品中迅速診斷出含有哪種或哪幾種亞型的DENV(右下圖中上數第二個和第五個樣品就攜帶兩種亞型病毒)。這個套餐測試不是多重測試,而是把RPA擴增產物分成幾份兒,通過不同的crRNA和相同的Cas13平行測定。測定結果非常準確,沒有假陽性或假陰性結果。
圖片來源:參考資料15