快速Nanobait测试可同时检测多种呼吸道病毒

剑桥大学的研究人员开发了一种使用单链DNA作为诱饵同时捕获多种呼吸道病毒的快速新测试。

该测试可在短短一小时内给出高度准确的结果，它使用DNA“纳米诱饵”和纳米孔传感技术检测来自最常见呼吸道病毒的短RNA靶标，包括流感病毒、鼻病毒、呼吸道合胞病毒(RSV)和COVID-19-同时。由于可编程纳米诱饵结构的精确性，该方法不需要放大步骤，并且可以实现接近100%的特异性。相比之下，PCR检测虽然具有高度特异性和高度准确性，但一次只能检测一种病毒，并且需要几个小时才能返回结果。

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该技术可用于任何环境，在一项新报告的研究中，该团队展示了如何轻松修改该测试以检测不同的细菌和病毒以及病毒变体。在一项新报告的研究中，研究人员描述了该技术对SARS-CoV-2患者拭子样本的评估。研究人员表示，通过一次检测多种病毒，他们的检测将有助于确保患者迅速得到正确的治疗，还可以减少抗生素的不当使用。

剑桥治疗免疫学和传染病研究所的StephenBaker博士说：“这项工作优雅地使用新技术一次性解决了多个电流限制。”“我们最困难的事情之一是快速准确地识别引起感染的生物体。这项技术有可能改变游戏规则;一个快速、低成本的诊断平台，简单且可在任何地方用于任何样本。”

Baker是该团队在NatureNanotechnology上发表的研究的合著者，该研究由来自剑桥卡文迪什实验室的第一作者FilipBošković领导，题为“使用可编程DNA纳米诱饵同时识别病毒和病毒变体”，他们在其中写道，“我们的系统允许对天然RNA分子进行多重识别，为在一次检测中诊断多种呼吸道病毒提供了一种新的可扩展方法。”

作者指出，诊断传染病对于确定最合适的治疗方式很重要。但是，虽然呼吸道感染是全球传染病死亡的主要原因，但“许多呼吸道病毒会引起类似的症状，并且无法在临床上加以区分，这使得确定适当的治疗方法具有挑战性。”

“许多呼吸道病毒具有相似的症状，但需要不同的治疗方法：我们想看看是否可以同时搜索多种病毒，”剑桥大学圣约翰学院的博士生Bošković说。“根据世界卫生组织的数据，呼吸道病毒是导致20%五岁以下儿童死亡的原因。如果你能想出一种可以快速准确地检测多种病毒的测试，那将产生巨大的影响。”

作者解释说，目前，病毒诊断依赖于定量逆转录PCR(qRT-PCR)，然后是基因组测序来检测病毒变异。基于PCR的诊断方法为检测复杂生物样本中的病毒核酸提供了一种灵敏的方法，但多重分析的能力有限。“需要一种强大的诊断方法，可以在有限的样本量中同时检测多种呼吸道病毒和变体，这些方法可以快速重新配置以检测出现的其他变体。”虽然PCR测试功能强大、灵敏且准确，但该团队继续说道，它们需要将一段基因组复制数百万次，这需要几个小时。

“好的诊断是好的治疗的关键，”Bošković说。“人们出现在需要治疗的医院，他们可能携带多种不同的病毒，但除非你能区分不同的病毒，否则患者可能会接受不正确的治疗。”

剑桥研究人员希望开发一种替代类型的测试，使用RNA直接检测病毒，无需复制基因组，但具有足够高的灵敏度，可用于医疗保健环境。

“对于患者来说，我们知道快速诊断可以改善他们的结果，因此能够快速检测出传染原可以挽救他们的生命，”贝克说。“对于医护人员来说，这样的测试可以在任何地方使用，在英国或任何低收入或中等收入环境中，这有助于确保患者迅速得到正确的治疗并减少不必要的抗生素的使用。”

研究人员将他们的新测试建立在由双链DNA和悬垂的单链构建的结构上。这些单链是“诱饵”，被编程为“钓鱼”目标病毒RNA中的特定区域。然后纳米诱饵通过微小的纳米孔。纳米孔传感就像自动收报机磁带读取器，可在几毫秒内将分子结构转换为数字信息。每个纳米诱饵的结构揭示了目标病毒或其变体。研究人员解释说：“我们使用RNaseH进行可编程病毒RNA切割，以去除能够唯一识别病毒的短RNA靶标。”“由此产生的RNA靶标被纳米诱饵捕获，纳米诱饵立即被纳米孔传感检测到，无需逆转录、预扩增或纯化。”

在他们报告的研究中，该团队表明该平台可以同时识别几种常见的呼吸道病毒，检测来自多种病毒的病毒核酸的一组短靶标。科学家补充说：“我们的纳米诱饵可以很容易地重新编程以区分病毒变体，正如我们对几个具有单核苷酸分辨率的关键SARS-CoV-2变体所证明的那样。”他们还展示了纳米诱饵方法如何在不进行预扩增的情况下区分从SARS-CoV-2阴性和阳性患者的口咽拭子中提取的样本。

作者总结说：“由于nanobait已被证明对患者样本中的病毒检测具有特异性和准确性，我们认为我们的平台可用于天然RNA检测。Nanobait为仅依赖于nanobait结构的快速单分子读出的多重无扩增RNA检测方法铺平了道路。”

“将来自医学、物理学、工程学和化学的研究人员聚集在一起，帮助我们为一个难题提出了一个真正有意义的解决方案，”Bošković说，他因这项工作获得了剑桥应用研究学会2022年的博士学位。

该大学的商业化部门CambridgeEnterprise已经为这项新技术申请了专利，合著者UlrichKeyser博士共同创立了一家名为CambridgeNucleomics的公司，专注于单分子精度的RNA检测。

“Nanobait基于DNA纳米技术，未来将有更多令人兴奋的应用，”卡文迪许实验室的Keyser说。“为了商业应用和向公众推出，我们必须将我们的纳米孔平台转换成手持设备。”