Current status and progress of nucleic acid point-of-care testing technology based on CRISPR/Cas system

Feng Liu; Chang Kai; Chen Ming

doi:10.13406/j.cnki.cyxb.003087.

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Current status and progress of nucleic acid point-of-care testing technology based on CRISPR/Cas system

Precise targeting—tumor | 更新时间：2025-10-21

- Current status and progress of nucleic acid point-of-care testing technology based on CRISPR/Cas system
- Journal of Chongqing Medical University Vol. 47, Issue 8, Pages: 910-916(2022)
- 作者机构：
  
  陆军军医大学第一附属医院检验科，重庆 400038
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13406/j.cnki.cyxb.003087.
  CLC： R446.19
- Received：18 June 2022，
  
  Published：28 August 2022
- 稿件说明：
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冯柳,唱凯,陈鸣.基于CRISPR/Cas系统的核酸即时检测技术现状及研究进展[J].重庆医科大学学报,2022,47(8):910-916.

Feng Liu,Chang Kai,Chen Ming.Current status and progress of nucleic acid point-of-care testing technology based on CRISPR/Cas system[J].Journal of Chongqing Medical University,2022,47(8):910-916.
冯柳,唱凯,陈鸣.基于CRISPR/Cas系统的核酸即时检测技术现状及研究进展[J].重庆医科大学学报,2022,47(8):910-916. DOI： 10.13406/j.cnki.cyxb.003087..

Feng Liu,Chang Kai,Chen Ming.Current status and progress of nucleic acid point-of-care testing technology based on CRISPR/Cas system[J].Journal of Chongqing Medical University,2022,47(8):910-916. DOI： 10.13406/j.cnki.cyxb.003087..

摘要

在全球疫情背景下，现场条件下的核酸检测在疫情防控中发挥越来越重要的作用，这促使核酸即时检测（point-of-care testing，POCT）工具的开发面临空前的需求。基于规律间隔成簇短回文重复序列及其相关蛋白系统（clustered regularly interspaced short palindromic repeats-associated nuclease，CRISPR/Cas）应用于核酸POCT在近年来得到飞速发展并取得良好成果。在疫情封控区、海关以及灾区等特殊现场，可以将恒温放大技术与CRISPR有机结合并集成到小型手持设备中，这些技术使用起来更简单，非专业人员能够更快捷准确地进行感染源的核酸检测。这篇综述首先简要介绍了CRISPR/Cas系统和不同的效应蛋白，回顾了基于CRISPR/Cas系统特异识别和切割特性在核酸POCT中的不同应用策略，最后讨论CRISPR/Cas用于核酸POCT面临的挑战及未来的研究前景。

Abstract

In the context of the global epidemic， nucleic acid detection under on-site conditions plays a more and more important role in epidemic prevention and control， which makes the development of nucleic acid point-of-care testing（POCT） tools facing unprecedented demand. The application of clustered regularly interspaced palindromic repeats-associated nuclease（CRISPR/Cas） to nucleic acid POCT has been developed rapidly and achieved good results in recent years. In the epidemic control areas，customs and disaster areas and other special sites，combining isothermal amplification techniques with CRISPR and being integrated into small handheld devices，these technologies are easier to use and non-professionals can quickly and accurately detect the nucleic acid source of infection. This review first briefly introduces the CRISPR/Cas system and different effector proteins， reviews the different application strategies in nucleic acid POCT based on the specific recognition and cleavage characteristics of CRISPR/Cas system， and finally discusses the challenges and future research prospects of CRISPR/Cas in nucleic acid POCT.

关键词

Keywords

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Yesudhas D ， Srivastava A ， Gromiha MM . COVID-19 outbreak：history，mechanism，transmission，structural studies and therapeutics [J ] . Infection ， 2021 ， 49 （ 2 ）： 199 - 213 .

Kozlov M . Monkeypox goes global：why scientists are on alert [J ] . Nature ， 2022 ， 606 （ 7912 ）： 15 - 16 .

Lu SH ， Tong XH ， Han Y ， et al . Fast and sensitive detection of SARS-CoV-2 RNA using suboptimal protospacer adjacent motifs for Cas12a [J ] . Nat Biomed Eng ， 2022 ， 6 （ 3 ）： 286 - 297 .

Xiong EH ， Jiang L ， Tian T ， et al . Simultaneous dual-gene diagnosis of SARS-CoV-2 based on CRISPR/Cas9-mediated lateral flow assay [J ] . Angew Chem Int Ed Engl ， 2021 ， 60 （ 10 ）： 5307 - 5315 .

Zetsche B ， Gootenberg JS ， Abudayyeh OO ， et al . Cpf1 is a single RNA-guided endonuclease of a class 2 CRISPR-cas system [J ] . Cell ， 2015 ， 163 （ 3 ）： 759 - 771 .

Shmakov S ， Abudayyeh OO ， Makarova KS ， et al . Discovery and functional characterization of diverse class 2 CRISPR-cas systems [J ] . Mol Cell ， 2015 ， 60 （ 3 ）： 385 - 397 .

Gootenberg JS ， Abudayyeh OO ， Lee JW ， et al . Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2 [J ] . Science ， 2017 ， 356 （ 6336 ）： 438 - 442 .

Pardee K ， Green AA ， Takahashi MK ， et al . Rapid，low-cost detection of zika virus using programmable biomolecular components [J ] . Cell ， 2016 ， 165 （ 5 ）： 1255 - 1266 .

Zhang YH ， Qian L ， Wei WJ ， et al . Paired design of dCas9 as a systematic platform for the detection of featured nucleic acid sequences in pathogenic strains [J ] . ACS Synth Biol ， 2017 ， 6 （ 2 ）： 211 - 216 .

Guk K ， Keem JO ， Hwang SG ， et al . A facile，rapid and sensitive detection of MRSA using a CRISPR-mediated DNA FISH method，antibody-like dCas9/sgRNA complex [J ] . Biosens Bioelectron ， 2017 ， 95 ： 67 - 71 .

Huang MQ ， Zhou XM ， Wang HY ， et al . Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/Cas9 triggered isothermal amplification for site-specific nucleic acid detection [J ] . Anal Chem ， 2018 ， 90 （ 3 ）： 2193 - 2200 .

Gootenberg JS ， Abudayyeh OO ， Kellner MJ ， et al . Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13，Cas12a，and Csm6 [J ] . Science ， 2018 ， 360 （ 6387 ）： 439 - 444 .

Chen JS ， Ma EB ， Harrington LB ， et al . CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity [J ] . Science ， 2018 ， 360 （ 6387 ）： 436 - 439 .

Li SY ， Cheng QX ， Liu JK ， et al . CRISPR-Cas12a has both cis- and trans-cleavage activities on single-stranded DNA [J ] . Cell Res ， 2018 ， 28 （ 4 ）： 491 - 493 .

Myhrvold C ， Freije CA ， Gootenberg JS ， et al . Field-deployable viral diagnostics using CRISPR-Cas13 [J ] . Science ， 2018 ， 360 （ 6387 ）： 444 - 448 .

Harrington LB ， Burstein D ， Chen JS ， et al . Programmed DNA destruction by miniature CRISPR-Cas14 enzymes [J ] . Science ， 2018 ， 362 （ 6416 ）： 839 - 842 .

Zhou WH ， Hu L ， Ying LM ， et al . A CRISPR–Cas9-triggered strand displacement amplification method for ultrasensitive DNA detection [J ] . Nat Commun ， 2018 ， 9 ： 5012 .

Quan J ， Langelier C ， Kuchta A ， et al . FLASH：a next-generation CRISPR diagnostic for multiplexed detection of antimicrobial resistance sequences [J ] . Nucleic Acids Res ， 2019 ， 47 （ 14 ）： e83 .

Li LX ， Li SY ， Wu N ， et al . HOLMESv2：a CRISPR-Cas12b-assisted platform for nucleic acid detection and DNA methylation quantitation [J ] . ACS Synth Biol ， 2019 ， 8 （ 10 ）： 2228 - 2237 .

Joung J ， Ladha A ， Saito M ， et al . Detection of SARS-CoV-2 with SHERLOCK one-pot testing [J ] . N Engl J Med ， 2020 ， 383 （ 15 ）： 1492 - 1494 .

Ding X ， Yin K ， Li ZY ， et al . Ultrasensitive and visual detection of SARS-CoV-2 using all-in-one dual CRISPR-Cas12a assay [J ] . Nat Commun ， 2020 ， 11 ： 4711 .

Jiao CL ， Sharma S ， Dugar G ， et al . Noncanonical crRNAs derived from host transcripts enable multiplexable RNA detection by Cas9 [J ] . Science ， 2021 ， 372 （ 6545 ）： 941 - 948 .

Liu TY ， Knott GJ ， Smock DCJ ， et al . Accelerated RNA detection using tandem CRISPR nucleases [J ] . Nat Chem Biol ， 2021 ， 17 （ 9 ）： 982 - 988 .

Makarova KS ， Wolf YI ， Iranzo J ， et al . Evolutionary classification of CRISPR–Cas systems：a burst of class 2 and derived variants [J ] . Nat Rev Microbiol ， 2020 ， 18 （ 2 ）： 67 - 83 .

Makarova KS ， Zhang F ， Koonin EV . SnapShot：class 2 CRISPR-cas systems [J ] . Cell ， 2017 ， 168 （ 1/2 ）： 328 - 328 . e1.

Mali P ， Esvelt KM ， Church GM . Cas9 as a versatile tool for engineering biology [J ] . Nat Methods ， 2013 ， 10 （ 10 ）： 957 - 963 .

Murugan K ， Babu K ， Sundaresan R ， et al . The revolution continues：newly discovered systems expand the CRISPR-cas toolkit [J ] . Mol Cell ， 2017 ， 68 （ 1 ）： 15 - 25 .

Jinek M ， Jiang FG ， Taylor DW ， et al . Structures of Cas9 endonucleases reveal RNA-mediated conformational activation [J ] . Science ， 2014 ， 343 （ 6176 ）： 1247997 .

Yang H ， Gao P ， Rajashankar KR ， et al . PAM-dependent target DNA recognition and cleavage by C2c1 CRISPR-cas endonuclease [J ] . Cell ， 2016 ， 167 （ 7 ）： 1814 - 1828 . e12.

Ghorbani A ， Hadifar S ， Salari R ， et al . A short overview of CRISPR-Cas technology and its application in viral disease control [J ] . Transgenic Res ， 2021 ， 30 （ 3 ）： 221 - 238 .

Konermann S ， Lotfy P ， Brideau NJ ， et al . Transcriptome engineering with RNA-targeting type VI-D CRISPR effectors [J ] . Cell ， 2018 ， 173 （ 3 ）： 665 - 676 . e14.

Abudayyeh OO ， Gootenberg JS ， Essletzbichler P ， et al . RNA targeting with CRISPR-cas13 [J ] . Nature ， 2017 ， 550 （ 7675 ）： 280 - 284 .

Abudayyeh OO ， Gootenberg JS ， Konermann S ， et al . C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector [J ] . Science ， 2016 ， 353 （ 6299 ）： aaf5573 .

Pang B ， Xu JY ， Liu YM ， et al . Isothermal amplification and ambient visualization in a single tube for the detection of SARS-CoV-2 using loop-mediated amplification and CRISPR technology [J ] . Anal Chem ， 2020 ， 92 （ 24 ）： 16204 - 16212 .

Zaghloul H ， El-Shahat M . Recombinase polymerase amplification as a promising tool in hepatitis C virus diagnosis [J ] . World J Hepatol ， 2014 ， 6 （ 12 ）： 916 - 922 .

Uygun ZO ， Yeniay L ， Gi̇rgi̇n Sağın F . CRISPR-dCas9 powered impedimetric biosensor for label-free detection of circulating tumor DNAs [J ] . Anal Chimica Acta ， 2020 ， 1121 ： 35 - 41 .

Yin K ， Ding X ， Li ZY ， et al . Dynamic aqueous multiphase reaction system for one-pot CRISPR-Cas12a-based ultrasensitive and quantitative molecular diagnosis [J ] . Anal Chem ， 2020 ， 92 （ 12 ）： 8561 - 8568 .

Bruch R ， Baaske J ， Chatelle C ， et al . CRISPR/Cas13a-powered electrochemical microfluidic biosensor for nucleic acid amplification-free miRNA diagnostics [J ] . Adv Mater ， 2019 ， 31 （ 51 ）： e1905311 .

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