基于CRISPR-Cas系统的牙龈卟啉单胞菌纸基微流控芯片检测平台
批准号:
32060024
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
34.0 万元
负责人:
吴暄
依托单位:
学科分类:
微生物学新技术与新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴暄
中文摘要
牙周炎不仅影响口腔健康,还与糖尿病、心血管疾病、类风湿性关节炎等疾病之间存在关联。牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)是与慢性牙周炎关系最密切的致病菌。可靠的早期牙周病原检测能为患者的健康带来众多的益处。目前常用的牙龈卟啉单胞菌检测方法都因存在某些缺点而无法普遍应用于牙龈卟啉单胞菌的“椅边”诊断。CRISPR-Cas系统能够特异性的识别和降解靶核酸序列。被开发为高特异性和高灵敏度的核酸检测工具。纸基微流控芯片(paper-based microfluidic devices,μPADs)是以纸为反应场所的微流控可手持设备,天生具有成本低、可折叠、易于操作和便于处理等特点。本项目拟将CRISPR-Cas与μPADs相结合,构建一套从DNA提取到结果输出(荧光/肉眼可视化)一系列流程一体化的检测平台,针对牙龈卟啉单胞菌进行快速、精准的临场检测。
英文摘要
Periodontitis not only affects oral health, but also is associated with diabetes, cardiovascular disease, rheumatoid arthritis and other diseases. Porphyromonas gingivalis is the most closely related pathogen to periodontitis. Reliable early periodontal pathogen detection can not only effectively prevent periodontitis, but also bring more benefits to the health of patients. At present, the commonly used detection methods of Porphyromonas gingivalis can not be widely used in the "chair edge" diagnosis of Porphyromonas gingivalis because of some shortcomings. The CRISPR-Cas system can specifically recognize and degrade target nucleic acid sequences. It has been developed as a nucleic acid detection tool with high specificity and sensitivity. Paper-based microfluidic chip (paper-based microfluidic devices, μPADs) is a microfluidic handheld device with paper as the reaction site, which is inherently low-cost, foldable, easy to operate and easy to handle. This project intends to combine CRISPR-Cas with μPADs to construct a set of detection platform which can carry out a series of detection processes of DNA extraction-target sequence isothermal amplification-target sequence identification-result output (fluorescence / naked eye visualization) for rapid and accurate point-of-care test of Porphyromonas gingivalis.
牙周炎是由细菌引起的牙周组织的炎症性疾病,在全世界范围内广泛流行。牙周炎不仅可引起牙齿周围的牙槽骨进行性丢失,进而造成牙齿松动甚至脱落,还与糖尿病、心血管疾病、类风湿性关节炎、中风和不良妊娠之间存在关联。因此,可靠的早期牙周病原检测不仅能有效的预防牙周炎,还能为患者的健康带来更多的益处。目前常用的牙龈卟啉单胞菌(Pg)检测方法主要包括分离培养、抗体和核酸检测方法。但现有的检测方法都因存在种种问题而无法普遍的应用于Pg的“椅边”诊断。CRISPR-Cas系统在识别靶序列时具有可编程性和高准确性,被广泛用于基因编辑。其中的Cas12/13亚型Cas核酸酶,在识别并切割靶序列的同时还会被激活并行的非特异性单链DNA或RNA内切酶活性(trans活性),这一特性可使CRISPR-Cas12/13系统被用于生物传感器的开发。.本课题将CRISPR/Cas12a系统应用至Pg椅边诊断方法的开发,建立了非扩增系统的Pg的快速检测方法。我们采用了双重gRNA和发夹报告基因策略来增强CRISPR/Cas12a反应效率。通过将发夹报告基因用HRP(辣根过氧化物酶)修饰,无需预扩增的HRP-CRISPR/Cas12a反应能够产生比色输出,放大检测信号。这种方法实现了高灵敏度(低至33 CFU),并且排除预扩增带来的气溶胶污染风险。此外,我们设计了独特的环状扩增子结构,它以级联响应方式放大Cas12a反应的信号输出。环状扩增子增强的荧光-Cas12a反应在室温下80分钟内实现了0.39 CFU的Pg最低可检测限。环状扩增子增强的侧流试纸条(LFD)-Cas12a反应已证明能够在90分钟内检测到至少3.9 CFU的Pg。通过将反应体系必须的酶及buffer冻干至纸基微流控芯片,我们成功制备了Pg可手持LFD-Cas12a检测芯片。.本课题所开发的Pg诊断方法具有快速、高灵敏度和操作简便等优势。不依赖预扩增步骤的特点减少了实验室操作的复杂性和污染风险,使得检测过程更加经济且易于在临床环境中实施。它们的高灵敏度和快速响应能力使得医生能够及时做出治疗决策,从而改善患者的治疗效果。因此,这些方法的开发对于提升牙周炎的临床管理具有重要的临床和公共卫生意义。
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