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 北大iGEM团队发表文章展示病原菌体外核酸检测新型技术平台

 
    在当今社会生产生活中,便捷精准的体外核酸检测一直是医疗卫生、食品安全和环境监测等领域迫切需求的一种技术。现有体外核酸检测技术主要以PCR为基础,或通过专门设计的引物进行特异性扩增,或扩增后利用分子信标(molecularbeacon)等报告系统读取扩增片段内部序列信息,从而达到检测目的。这类技术往往面临着开发周期长,开发难度大,检测设备昂贵,信号输出效果不理想等问题,同时亦不能忽略由于非特异性扩增而造成假阳性结果的风险。
 
    针对上述问题,北京大学iGEM团队构思并设计了一种新颖的成对dCas9报告系统,以人源病原体分支结核杆菌(M. tuberculosis)为例,建立了一套普适的病原体检测系统,为体外核酸检测技术平台开发提供了一种新思路。
利用成对dCas9报告系统完成对病原体核酸特异性检测
 
    在本项工作的核心设计中,研究人员将分割萤光素酶(splitluciferase)的两片段分别与dCas9蛋白连接,形成一对特异的报告系统。当这对dCas9融合蛋白在可编程的singleguideRNA引导下,分别结合到两个相邻特异性位点后,其各自携带的分割萤光素酶便发生重构,恢复催化活性,产生特异的萤光信号。这套设计的核心在于使用一对dCas9融合蛋白同时完成了序列信息(结合序列与间隔序列)读取和检测信号放大输出功能。此外,利用CRSIPR系统的可编程属性,研究人员针对人源病原体分支结核杆菌H37Rv株系展开工作,将其基因组与人类口腔宏基因组比对,筛选出大量特异的标签序列,并选取了其中一部分进行了高通量测试,成功检出了样本中的病原体DNA,同时也证实了此设计用于开发体外病原体核酸检测平台的可行性。
 
    该项工作在参加2015年iGEM大赛时便从280支全球各高校参赛队伍中脱颖而出,夺得最佳复合生物元件设计奖(Best New Composite Part)、最佳生物元件组合设计奖(Best Part Collection),获得金牌,并荣获4项单项奖提名。经过后续的完善和准备,该工作于2016年10月10日正式由ACSSyntheticBiology在线发表(Paired Design of dCas9 as a Systematic Platform for the Detection of Featured Nucleic Acid Sequences in Pathogenic Strains, (2016)10.1021/acssynbio.6b00215)。北京大学张益豪(生命科学联合中心16级博士生)、钱珑和中国科学院大学魏伟佳为本文的共同第一作者,北京大学欧阳颀(生命科学联合中心PI)和中科院微生物所娄春波为共同通讯作者,iGEM团队所有队员均为论文的署名作者。微生物所的赵学金博士、刘翠华研究员也为该工作提供了重要的技术支持。
 
    国际基因工程机器大赛(International Genetically Engineered Machine Competition, iGEM)始于2003年,最初由美国麻省理工学院(MIT)主办,是国际上合成生物学领域的顶级大学生科技赛事,也是涉及数学、物理、电子等领域交叉合作的跨学科竞赛。北京大学iGEM学生社团自2007年成立以来,多次在该赛事中获奖。北大iGEM 2015团队共由13名在校本科生组成,队长张益豪是生命科学学院2012级本科生(现为前沿交叉学科研究院2016级博士研究生),其余12名参赛队员分别来自生命科学学院、医学部、化学与分子工程学院、数学科学学院和物理学院的本科生。物理学院教授欧阳颀,中国科学院微生物研究所研究员娄春波,生命科学学院博士研究生张浩千(生命科学联合中心12级博士生)为团队指导老师。
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北京大学iGEM 2015团队参赛合影
 
文章链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssynbio.6b00215
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