[出典] "A boosting upconversion luminescent resonance energy transfer and biomimetic periodic chip integrated CRISPR/Cas12a biosensor for functional DNA regulated transduction of non-nucleic acid targets" Cheng-Yu Li, Bei Zheng [..] Hong-WuTang. Biosens Bioelectron. 2020-09-26.
武漢大学と武漢科技大学に南開大学の研究グループが今回開発したCas12aバイオセンサーの要素と機序の概要
- 核酸以外の標的分子の存在によって、Cas12-crRNAが認識可能なDNA (論文ではアクチベータと称されている) を遊離するコンバータ (crisp_bio注: 論文ではこの表現は使われていない):
- アクチベータをATPアプタマーでサンドイッチしておくことで、ATP存在下のみでアクチベータが遊離する系
- Naイオンによってのみ活性化するDNA酵素により、繋留していたアクチベータが切り離される系 - 蛍光検出系 (その1)：発光エネルギー共鳴エネルギー移動 (luminescent resonance energy transfer; LRET)過程をブーストするエネルギー供与体となるアップコンバージョン・ナノ粒子 (upconverion nanoparticle; UCNP) を開発し、それに、ブラックホールクエンチャー BHQ-1とアミノ基を帯びた短い (5 nt)のssDNAレポータ"NH2-TTATT-BHQ-1"を融合した。
- 標的分子が存在しない場合はUCNPはBHG-1によって消光状態を維持する。
- 標的分子が存在すると、Cas12a-crRNAにより、標的アクチベータの切断と共に、ssDNAレポータが切断され、UCNPsのスイッチが入る (発光する)。 - 蛍光検出系 (その2): モルフォチョウの翅の構造を真似たフォトニック結晶 (photonic crystal)のチップ (PCチップ)に、スイッチが入ったUCNPをセットし、ポータブルレーザから波長980 nmの近赤外レーザを照射する。UCNPにPCを組み合わせることで、標的分子のシグナルを~35倍以上増強することに成功した。
- 単一細胞でのATPとヒト血漿内のNaイオンの検出感度と特異度は十分であり、それぞれの検出限界は、~18 nMと~0.37 μMであった。
- PCチップ上のUCNPからの発光をスマートフォンで読み込み、解析することで、フルオロメータを必要としないPOCTに適したコンパクトで低コストの構成を実現した。
[Casのコラテラル活性を利用した核酸以外の分子の高感度検出関連crisp_bio記事]
- 2019-08-15 CRISPR-Cas12aを介して多彩な低分子を高感度で検出
- 2019-08-16 Cas12aを介して核酸と抗体の超高感度検出を実現
- 2019-12-23 Cas13aのコラテラルssRNA切断活性を利用して、マーカータンパク質の超高感度検出を実現
- 2020-04-21 Cas12aのコラテラルssDNA切断活性を活かして、MRSAを臨床検体から迅速・高精度・高感度検出
- 2020-09-22 アプタマーを介してCas12aコラテラルssDNA切断活性による超高感度核酸検出ツールを細胞外小胞上の腫瘍マーカに展開
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