Small Science:结合等温扩增与旋转扩散法进行超快速灵敏的病原体筛选

原创署名:潘奕辰

对病原体进行快速灵敏的筛查是传染病早期管理的重要手段。然而,人体在疾病早期的病原体浓度极低,对快速诊断造成了独特的挑战。核酸扩增试验(NAAT)通过对某些特定核酸序列的酶促扩增,能够在早期检测到微量的病毒或细菌,具有高选择性和高灵敏度,在病原体检测方面发挥着重要作用。目前,在中,聚合酶链式反应(PCR)因其高特异性和敏感性,被认为是分子诊断的金标准。然而,传统的PCR需要配备昂贵的仪器的先进实验室、复杂的热循环过程和训练有素的操作人员,这无疑阻碍了其在快速筛选中的应用。在过去的几十年中,尽管已经开发了基于比色法、荧光法、表面等离子共振和电化学的生物传感器,以及基于光学和光谱学的生物传感技术,但它们均需要复杂的预处理、精密的检测仪器和/或昂贵的检测标样,难以获得大规模应用。因此,开发一种超快速且灵敏的基于核酸扩增的检测方法仍是非常迫切的需求。

近日,台湾成功大学Han-Sheng Chuang团队在Small Science上发表了研究文章,报道了结合使用旋转扩散法与环介导等温扩增,实现对病原体进行的超快速和灵敏检测的方法。

在本研究中,作者选择大肠杆菌作为微生物模型,对其进行了环介导的等温扩增(LAMP)。扩增后,通过1.5%的琼脂糖凝胶电泳鉴定了细菌的靶DNA片段,证实LAMP产物中没有其他峰。之后,作者验证了旋转扩散法用于识别LAMP扩增产物的可行性,在扩增的DNA溶液中孵育了1um的Janus粒子,并取六个液滴在200um的微芯片装置上使用相关算法进行了闪烁图像分析。

结果显示,含有扩增大肠杆菌DNA的样品(10 ng·uL-1)被正确识别,并具有统计学上的显著差异(p<0.001)。与对照组相比,含有LAMP扩增的DNA样品具有较高的相关时间,表明LAMP扩增的产物增加了流体粘度,使得粒子的扩散强度缓慢下降。

之后,作者对LAMP反应时间对旋转扩散测量的影响和检测灵敏度进行了实验与评价。实验显示,LAMP反应5分钟即可检测到大肠杆菌,表明旋转扩散法是一种检测核酸扩增的超快方法。灵敏度评价表明,该方法可在10分钟内实现42.8 fg μL-1的检测限,样品体积低至2 μL。最后,作者用该方法检测了被大肠杆菌污染的水、牛奶和果汁,均在10分钟内成功检测到了大肠杆菌,证明该方法具有在食品微生物分析中应用的潜力。

文章信息:

Ultrafast and Sensitive Screening of Pathogens by Functionalized Janus Microbeads-Enabled Rotational Diffusometry in Combination with Isothermal Amplification

Dhrubajyoti Das, Hui-Chen Hsieh, Chang-Shi Chen, Wei-Long Chen, Han-Sheng Chuang*

Small Science

DOI: 10.1002/smsc.202200010

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smsc.202200010