一管多靶、双模式检测：可编程DNAzyme实现耐药菌快速精准识别

一、从单靶检测到可编程多重识别体系

抗生素耐药菌的快速传播已成为全球公共卫生的重要挑战，其中MRSA等耐药菌对临床治疗构成严重威胁。传统PCR和培养方法虽然准确，但存在通量低、操作复杂及难以现场应用的问题。同时，多靶标检测往往需要多体系反应，导致流程复杂且成本较高。

针对这一问题，本研究提出基于可定制变构DNAzyme的一管多重检测策略（One-Tube Multiplexed Allosteric DNAzyme System）（图1）。该系统的核心设计思想包括：

1. 变构DNAzyme可编程识别模块：通过设计特定识别序列，使DNAzyme仅在目标耐药基因存在时被激活，实现高度特异识别。

2. 双靶点并行检测体系：在同一体系中同时检测MRSA的nuc与mecA两个标志基因（而非广泛“多种耐药基因”）。

3. 双模式信号输出设计：荧光信号 + 比色信号双通道输出。

该设计实现了从“单靶检测”向“多靶协同识别”的升级，同时兼顾了灵敏度与可视化能力。

图1 可编程变构DNAzyme一管多重双模式检测平台设计原理与总体架构

二、一管多重检测体系构建与验证

研究首先构建了可编程DNAzyme反应体系，在单一反应管中实现两个目标基因（nuc、mecA）的独立识别（图2）。实验结果表明，各模块之间无明显干扰，能够稳定维持各自的特异性识别能力。在优化条件下，该体系实现稳定信号输出，并显著降低操作复杂性。

图2可编程DNAzyme模块化构建与多靶标独立识别性能验证

三、双模式信号输出增强检测可靠性

研究进一步验证了体系的双信号输出能力（图3）。结果显示：

·     荧光信号：可用于高灵敏定量检测

·     比色信号：可实现肉眼快速判读

两种模式均具有良好线性关系，提高检测可靠性与适用范围。

图3 双模式信号输出体系构建与荧光/比色响应性能分析

四、多耐药菌样本检测性能评估

在实际检测中，该平台主要针对MRSA进行验证，并使用SA及多种非目标菌进行特异性验证。结果显示（图4）：

·    对MRSA具有高灵敏识别能力。

·     对非目标菌无明显交叉反应。

·     在复杂样本中仍保持稳定信号输出。

图4 多种耐药菌及抗性基因检测性能与特异性评价

五、多重检测与现场适用性验证

研究进一步在模拟临床样本中验证了系统性能（图5）。结果表明，该平台可以在复杂背景样本中实现目标基因同步检测，并保持较高准确性。同时，比色信号的加入使其在资源有限环境中也可实现快速判断。此外，一管体系显著减少操作步骤，提高检测效率，为现场快速筛查提供了可行路径。

图5 一管多重检测体系在模拟临床样本中的应用验证

结论

本研究构建了一种基于可编程变构DNAzyme的一管双模式检测平台，实现了MRSA两种标志基因（nuc与mecA）的同步快速识别。

该方法通过DNAzyme模块化设计与双信号输出机制，显著提升检测的灵敏度、通量与现场适用性。创新点在于：

（1）一管体系内双靶并行检测（nuc + mecA）

（2）荧光 + 比色双模式信号读取

（3）可编程DNAzyme调控体系

但目前仍主要处于实验室验证阶段，在真实复杂临床样本中的稳定性及规模化应用仍需进一步评估。未来可结合微流控与智能读数系统，实现便携式检测平台。

原文链接： https://doi.org/10.1021/acssensors.5c04252