突破性微生物检测技术问世！DR-CAMCas系统助力盐敏感性高血压的精准诊断

研究背景

高血压是全球范围内导致心脑血管疾病的重要风险因素。近年研究发现，肠道菌群紊乱与高血压密切相关，其中Streptomyces aureofaciens Tü117（下称Tü117）被证实可通过代谢产物α-脂霉素抑制血管内皮细胞TRPV4通道，促进血管收缩和血压升高。尤其在盐敏感性高血压患者中，Tü117的丰度显著增加，可能成为早期诊断的生物标志物。然而，传统检测方法（如培养法、qPCR）存在灵敏度低、耗时长、依赖专业设备等问题，难以在基层医疗中推广。因此，开发一种快速、便携、高灵敏的检测技术迫在眉睫。

研究原理 

DR-CAMCas系统的核心设计结合了双RPA扩增与crRNA阵列-CRISPR/Cas12a信号放大，并通过多信号输出实现灵活检测（图1）。

1. 双RPA扩增： 

针对Tü117的16S rDNA和LipReg4基因，设计特异性引物，在单管中一步完成双靶标扩增，显著提升检测效率（图1D）。

2. crRNA阵列介导的CRISPR/Cas12a激活： 

- 设计针对16S rDNA和LipReg4基因多个位点的crRNA阵列（图1A），通过多靶点识别叠加信号（图1B），激活Cas12a的“反式切割”活性。 

- Cas12a切割外源单链DNA荧光报告分子（FQ-reporters），释放荧光信号（图1E-F）。

3. 多信号输出设计：

- 荧光检测：通过荧光强度定量目标菌浓度。

- 比色检测：利用金纳米颗粒（AuNPs）的聚集与分散特性，通过颜色变化实现肉眼判读。

- 横向流动传感器（LFB）：整合CRISPR/Cas12a与抗体标记的纳米探针，实现即时检测（POCT）。

图1：DR-CAMCas系统工作原理示意图。DR-CAMCas系统通过双RPA扩增、crRNA阵列信号叠加及多模式输出实现高灵敏检测

研究亮点

1. 超高灵敏度与宽线性范围： 

- 检测限低至3 cfu/mL，线性范围跨越10¹–10⁸ cfu/mL（图2G-J），较传统qPCR提升10-100倍。 

- crRNA阵列设计通过多靶点信号叠加，显著增强灵敏度（图2C-D）。 

2. 多信号输出灵活适配场景： 

荧光模式适用于实验室精准定量，比色和LFB模式可满足基层医疗的即时检测需求。

3. 卓越特异性与可编程性： 

- 通过RPA引物和CRISPR/Cas12a的双重特异性保障，仅Tü117可激活LipReg4基因检测信号（图2H-K）。 

- crRNA序列可编程，未来可扩展至其他病原体检测。

图2：DR-CAMCas检测性能验证。

4. 临床验证可靠： 

在高盐饮食高血压小鼠和患者粪便样本中，检测结果与qPCR高度一致（图3），证实其临床应用潜力。

图3 小鼠模型及患者相关指标的检测

效果及展望

实验结果： 

- 灵敏度：在粪便样本中成功检测到Tü117，且丰度与高血压表型显著相关（图3G-P）。

- 特异性：仅Tü117触发LipReg4信号，其他菌株（如S. aureofaciens 4.182）仅激活16S rDNA信号（图2H-K）。

- POCT应用：横向流动传感器可在30分钟内完成检测，肉眼判读最低检测限为10¹ cfu/mL（图5N-P）。

图5 Tü117 的比色法和 POCT 检测

研究人员称，未来可以进一步简化流程：开发免核酸提取的“单管一步法”，降低污染风险。制作冻干试剂，提升Cas12a稳定性，推动技术商业化。并且可以扩展应用，通过调整crRNA序列，适配其他疾病相关微生物检测。 

DR-CAMCas系统通过创新性的技术整合，为微生物检测领域树立了新标杆。其高灵敏度、多模式输出和可编程设计，不仅为盐敏感性高血压的早期诊断提供了有力工具，也为感染性疾病、肿瘤标志物检测等场景开辟了通用化平台。未来，随着技术的进一步优化，这一系统有望成为基层医疗和家庭健康监测的“利器”。

DOI： 10.1016/j.bios.2025.117493

期刊： Biosensors and Bioelectronics

影响因子： 10.7