Раннее и чувствительное обнаружение возбудителей

Инфекционные заболевания серьезно угрожают глобальному общественному здравоохранению и биобезопасности. Помимо передачи воздушно-капельным путем, патогенные микроорганизмы также обнаруживаются в пробах жидкостей окружающей среды, таких как сточные воды. Несмотря на различные методики, используемые при клинической диагностике возбудителей, они зачастую трудоемки, нерентабельны, а их пределы обнаружения неудовлетворительны для обработки проб окружающей среды, содержащих лишь редкое количество ДНК/РНК микроорганизмов. Чтобы решить эти трудности, недавнее исследование, проведенное профессором Хань Чжаном в Шэньчжэньском университете, демонстрирует первое применение технологии поверхностного плазмонного резонанса волокон (SPR) для обнаружения вируса SARS-CoV-2 в образцах окружающей среды. Эта работа только что была опубликована на Research, партнерский научный журналпредставляют новую стратегию тестирования на месте оказания медицинской помощи (POCT) на основе SPR на наличие патогенных микроорганизмов в пробах воды.

В текущем исследовании авторы изготовили зонд из плазмонного нановолокна диаметром 125 мкм. Чтобы обеспечить специфичность плазмонного биосенсора, вирусные геномы автоматически обогащаются, а ген нуклеокапсида (N) амплифицируется перед его взаимодействием с белком регулярно расположенных коротких палиндромных повторов (CRISPR). любой Кас12а. Как только ген N, Cas12a, идентифицирован с помощью— Он расщепляет одноцепочечную ДНК, выступающую на поверхности волокна, и высвобождает ранее иммобилизованные наночастицы золота (AuNP), вызывая резкое уменьшение характеристической длины волны SPR. Таким образом, волокнистое устройство SPR преобразует биологическую информацию, генерируемую ферментом CRISPR, в сигналы SPR, которые дополнительно усиливаются за счет высвобождения AuNP.

Предлагаемый волоконный зонд специфичен для вирусов с пределом обнаружения примерно 2300 копий/мл, а количество копий вирусного генома может отражаться как сдвиг длины волны. Серия проб сточных вод из разных источников была исследована методом SPR на волокнах, и данные, полученные от биосенсора, согласуются с данными количественной полимеразной цепной реакции (кПЦР) и колориметрических анализов. В частности, вариант Омикрона и сайт мутации (L981F) были быстро обнаружены с использованием Cas12a гена S, что указывает на успешное обнаружение однонуклеотидных мутаций.

Хотя Всемирная организация здравоохранения объявила об окончании пандемии COVID-19, мониторинг и предотвращение распространения патогенов по-прежнему крайне необходимы для поддержания долгосрочной биологической безопасности во всем мире. Благодаря простым заменам crRNA это устройство можно использовать для обнаружения различных микроорганизмов в образцах окружающей среды и выполнения точного генотипирования на основе распознавания последовательности ДНК ферментом CRISPR. Благодаря простоте сборки и уменьшению занимаемого пространства датчик плазмонного волокна можно устанавливать рядом с дренажными отверстиями. На месте Отслеживание передачи патогенов. Эта работа обеспечивает точный и удобный подход к мониторингу микробного загрязнения сточных вод в режиме реального времени.