动卫所在传染病新型分子现场快速检测领域取得重要进展
时间：2023-01-30 11:07
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近日，动卫所联合华南农业大学等单位在国际传感器领域权威期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》（中科院1区，TOP期刊，IF：9.221）上发表题目为“A novel linear displacement isothermal amplification with strand displacement probes (LDIA-SD) in a pocket-size device for point-of-care testing of infectious diseases”的研究论文（链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36589905/）。动卫所为论文第一署名单位，我院家禽重要疫病防控杰出团队廖明教授和华南农业大学兽医学院张建民副教授为论文共同通讯作者，动卫所勾红潮副研究员、华南农大在读博士研究生林琦杰、动卫所沈海燕副研究员为论文共同第一作者。
精准分子诊断是预防和控制重大传染病的关键，“十四五”生物经济发展规划和“十四五”全国畜牧兽医行业发展规划也明确指出：以“一体化、高通量、现场化、高精度”为方向发展新型智能检测技术。目前基于PCR扩增原理的分子检测技术已在传染病诊断中得到广泛应用，但该技术需精密仪器和专业操作人员，很难在现场快速检测(POCT，point-of-care testing)中得到应用。与传统的PCR技术相比，恒温扩增技术在POCT检测领域展现出明显的优势，但是反应原理复杂、靶基因兼容性低和小型化设备缺乏成为POCT分子检测领域的国际难题。
该研究提出了基于线性链置换的恒温扩增原理和掌式设备的一站式解决方案，通过深入研究恒温扩增的原理，发现线性引物组合可有效启动恒温扩增反应，证实了线性链置换恒温扩增检测方法（LDIA，linear displacement isothermal amplification）的反应原理，优化得到了该方法的反应体系。通过分析LDIA方法对不同GC含量DNA的检测能力，测试了该方法对不同靶基因的兼容性。进一步的，该研究探索出以链置换探针（SD, strand displacement probes）为基础的探针法线性链置换恒温扩增检测技术（LDIA-SD），增强了反应的特异性，最低敏感性可达100拷贝。同时，该研究开发了一体化智能检测设备与检测软件，集成恒温加热、荧光监测为一体实现了LDIA-SD技术的一站式应用，检测结果可利用智能手机进行自动分析与云端传输，对于传染病的监测预警具有重要意义。
精准分子诊断是预防和控制重大传染病的关键，“十四五”生物经济发展规划和“十四五”全国畜牧兽医行业发展规划也明确指出：以“一体化、高通量、现场化、高精度”为方向发展新型智能检测技术。目前基于PCR扩增原理的分子检测技术已在传染病诊断中得到广泛应用，但该技术需精密仪器和专业操作人员，很难在现场快速检测(POCT，point-of-care testing)中得到应用。与传统的PCR技术相比，恒温扩增技术在POCT检测领域展现出明显的优势，但是反应原理复杂、靶基因兼容性低和小型化设备缺乏成为POCT分子检测领域的国际难题。
该研究提出了基于线性链置换的恒温扩增原理和掌式设备的一站式解决方案，通过深入研究恒温扩增的原理，发现线性引物组合可有效启动恒温扩增反应，证实了线性链置换恒温扩增检测方法（LDIA，linear displacement isothermal amplification）的反应原理，优化得到了该方法的反应体系。通过分析LDIA方法对不同GC含量DNA的检测能力，测试了该方法对不同靶基因的兼容性。进一步的，该研究探索出以链置换探针（SD, strand displacement probes）为基础的探针法线性链置换恒温扩增检测技术（LDIA-SD），增强了反应的特异性，最低敏感性可达100拷贝。同时，该研究开发了一体化智能检测设备与检测软件，集成恒温加热、荧光监测为一体实现了LDIA-SD技术的一站式应用，检测结果可利用智能手机进行自动分析与云端传输，对于传染病的监测预警具有重要意义。
图1 LDIA方法的反应原理 图2掌式设备示意图和检测结果
该研究突破了传统的“恒温扩增需特殊引物结构”认知，创建的LDIA-SD技术反应原理简单、引物设计便捷、用户使用环境友好，整个反应过程可在1小时完成，可现场或居家操作，在传染病现场分子快速检测领域具有广阔的应用前景。
图3 LDIA-SD技术的工作流程
该研究获得了十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目（2022SDZG02）、院 “领军人才”引进项目（R2020PY-JC001）、院协同创新中心项目（XTXM202202）、院“优秀博士人”人才引进和“青年研究员”人才培养项目（R2017YJ-YB2005和R2021PY-QY006）、岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心科研启动项目（2021TDQD002）、国家肉鸡产业技术体系项目（CARS-41-G10）、沃尔玛基金（SA1703162和61626817）等资助。