揭示一种快速有效的检测microRNA的方法

在1990 年代初期，研究蛔虫发育的科学家发现了一种调节特定基因表达的小 RNA 分子。这标志着 microRNA (miRNA) 的发现，现在已知它们存在于所有生命形式中。事实证明，这些分子在许多生物过程中发挥着重要作用。

几年后，研究人员意识到疾病可能会失调 miRNA 的表达，突出了它们作为生物标志物的潜力。事实上，异常的miRNA表达是所有肿瘤相关疾病的标志。因此，miRNA 检测技术可用于癌症的早期检测。

然而，miRNA 体积小且容易降解，这使得它们的快速检测和定量变得困难。要检测样品中的 miRNA，通常需要先“扩增”它们。简而言之，这意味着通过生化过程多次复制目标 miRNA，以便通过廉价的方法更容易检测到该 miRNA。不幸的是，大多数最先进的 miRNA 扩增技术可能需要五个多小时才能完成，限制了它们在即时检测中的使用。

在此背景下，包括中国清华大学张冲副教授在内的研究团队最近开创了一种快速扩增和检测 miRNA 的新方法。正如他们于 2023 年 3 月 27 日发表在BioDesign Research上的最新论文中所解释的那样，该团队将两种经过充分研究的生物化学技术结合为一种技术，从而大大减少了所需的总时间。

他们使用的第一种技术称为滚环放大 (RCA)。在 RCA 中，想法是设计一个环状 DNA 分子或“探针”，目标 RNA 片段与之结合。然后，一旦引入了 DNA 聚合酶和必要的 DNA 构建块，就通过添加与环状探针互补的核苷酸来延伸 RNA 片段。这个过程产生了一条长的单链遗传物质，其中包含圆形探针的多个拷贝。

这就是第二种技术 CRISPR-Cas12a 发挥作用的地方。CRISPR-Cas12a 是一种广泛使用的遗传工具，其中分子复合物被设计为与特定的 DNA 序列结合。在这种情况下，研究人员设计了复合物，使其能够结合到与环状探针互补序列中的一个区域。也就是说，CRISPR-Cas12a 复合物沿着通过 RCA 产生的单链 DNA 多次结合。一旦这些复合物结合，Cas12a 部分就会激活，从其猝灭剂中分离出荧光探针。反过来，这会产生一个易于检测的荧光信号，该信号越亮，初始目标 RNA 被放大得越多。

除了结合使用这些技术，研究人员还通过使用“预环化探针”改进了 RCA 步骤的反应时间。也就是说，与大多数标准 RCA 程序不同，探针 在反应前被赋予圆形形状。正如 Zhang 教授所说，这在不影响系统性能的情况下大大加快了检测过程：“ miRNA 的检测仅需 70 分钟即可完成，而不是通常的 5 小时，具有 8.1 pM 的极佳检测限度，非常好高特异性。”

总的来说，所提出的方法为 miRNA 检测及其作为生物标志物的使用描绘了光明的未来。张教授对结果感到满意，他总结道：“我们的设计提高了基于 CRISPR-Cas 和 RCA 的传感策略的效率，并在基于实验室的检测和即时检测中显示出巨大潜力。” ” 由于这种方法中使用的技术既不昂贵也不复杂，因此在临床环境中广泛采用所提出的方法是可行的。

这些努力将为开发更好的癌症和其他影响 miRNA 表达的疾病的诊断工具铺平道路。

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