玻璃纳米孔耦合PCR技术，实现各种致病菌和病毒核酸的检测

传染性细菌和病毒，如严重急性呼吸综合征（SARS）、中东呼吸综合征（MERS）冠状病毒（MERS- CoV）、埃博拉病毒、SARS- CoV -2、登革热病毒、肺结核等，给人类健康带来了灾难性的后果和威胁。到目前为止，诊断这些病原体的金标准方法依赖于这些病原体每个独特基因的PCR扩增子荧光读出。同时，分子诊断结果的纳米孔读出正在迅速发展，并探索了许多可能性。由于纳米孔计数器具有计数短DNA双链的能力，而PCR可以产生大量设计长度的DNA双链，因此将这两种技术结合在一起比较直观。

近日，广州大学化学化工学院王家海教授团队联合广州市疾病预防控制中心何荣研究员、中国地质大学夏帆教授团队在纳米孔传感领域取得重要进展，开发了纳米孔计数器耦合PCR技术检测多种病毒核酸的方法，成果以“Bare glassy nanopore for length-resolution reading of PCR amplicons from various pathogenic bacteria and viruses”为题发表在国际知名学术期刊Talanta上。王家海教授、何荣研究员和夏帆教授为共同通讯作者，李慧珍副教授为第一作者，广州大学为第一通讯单位。

图1 玻璃状纳米孔检测细菌或病毒基因PCR扩增产物方法示意图

该研究采用玻璃状纳米孔，在不添加任何有机添加剂或填充水凝胶的情况下，全面研究了199 ~ 2996碱基对范围内DNA双链的长度依赖性分辨率。研究发现，玻璃状纳米孔具有极好的区分至少200个碱基对分离的DNA双链的能力。长度大于2000碱基对的DNA双链堵塞电流峰值分布较宽，不适合进行多路复用研究。因此，多路复用研究的最佳选择是基于200 ~ 2000个碱基对的双链长度范围。长度在200到2000碱基对之间的DNA双链的纳米孔易位具有最好的电流特征，在定量和定性结果方面具有显著的性能。

此外，研究结果表明，5个不同长度、间隔超过200个碱基对的PCR扩增子，分别对应于Lambda DNA基因组的不同片段，可以同时被解析。设计长度的每个DNA双链的电流特征表明，较长的DNA双链具有较大的阻塞电流峰值幅值中值。此外，基于玻璃状纳米孔的长度分辨能力，可以在高分辨率下识别临床样本中包括SARS-CoV-2在内的各种致病菌和病毒。该产品的电子读出可以省去探针设计和荧光标签，在没有任何其他信号转换器（CRISPR-Cas12）的情况下，其检出限可降至7.5 aM，如实反映了PCR扩增的效率。

图3 玻璃状纳米孔SARS-CoV-2 Delta突变体中5个不同基因PCR产物的鉴别能力

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.124275