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天天關注:經過設計的Cas13可簡化新冠及其他疾病的檢測過程

時間:2022-09-23 15:32:40 來源: cnBeta.COM


為了提高其檢測生物樣本中微量SARS-CoV-2病毒的能力,來自萊斯大學和康涅狄格大學的合作者進一步設計了RNA編輯CRISPR-Cas13系統。據悉,該系統的一個巨大優勢是,它不需要黃金標準的PCR測試中所必需的耗時的RNA提取和擴增步驟。

與PCR測試相比,這個新平臺非常成功。事實上,在對直接來自鼻拭子的臨床樣本的測試中,它發現了11個陽性中的10個,沒有假陽性。科學家們表明他們的技術能發現attomolar(10-18)濃度的SARS-CoV-2的跡象。


【資料圖】

Cas13和它更知名的表親Cas9一樣,是細菌自然防御入侵的噬菌體系統的一部分。自發現以來,CRISPR-Cas9已被科學家們用于編輯活體DNA基因組并表現出治療甚至治愈疾病的巨大前景。

另外,它還可以用在其他方面。Cas13本身可以用引導RNA增強從而用來尋找和剪斷目標RNA序列,同時還可以尋找“附屬物”,在這種情況下,就是像SARS-CoV-2這樣的病毒的存在。

“這項工作中的工程Cas13蛋白可以很容易地適應其他先前建立的平臺,”研究人員Xue Sherry Gao說道,“工程Cas13變體的穩定性和穩健性使它們更適合在沒有昂貴的PCR機器的低資源環境地區進行醫療點診斷。”

另一位研究人員Jie Yang表示,野生型Cas13來自一種細菌Leptotrichia wadei,無法在30到60分鐘的時間范圍內檢測到attomolar水平的病毒RNA,但萊斯大學創造的增強型版本在約半小時內就能完成工作,而且檢測SARS-CoV-2的濃度比以前的測試低得多。

她繼續指出,關鍵在于Cas13活性部位附近的一個隱藏良好的靈活發夾環。“它在蛋白質的中間,靠近催化部位,決定了Cas13的活性。由于Cas13是大型和動態的,要找到一個插入另一個功能域的部位是很有挑戰性的。”

研究小組將七個不同的RNA結合域融合到環路上,其中兩個復合物明顯具有優勢。當他們找到目標時,這些蛋白質會發出熒光并顯示出病毒的存在。

“我們可以看到,增加的活性是野生型Cas13的五或六倍。這個數字似乎很小,但它在蛋白質工程的一個步驟中就相當驚人了,”Yang說道,“但這仍不足以進行檢測,所以我們將整個檢測從熒光板閱讀器(其體積相當大,而且在低資源環境中無法使用)轉移到電化學傳感器,其靈敏度更高,可用于醫療點診斷。”

Yang表示,在使用現成的傳感器的情況下,與野生型蛋白相比,工程蛋白在檢測病毒方面的靈敏度要高五個數量級(100,000倍)。

該實驗室希望將其技術應用到像家用COVID-19抗體測試中的紙條上,不過這需要有更高的靈敏度和準確性。“我們希望這將使測試更加方便,并為許多目標提供更低的成本,”Gao說道。

研究人員還在研究改進寨卡、登革熱和埃博拉病毒的檢測及心血管疾病的預測性生物標志物。他們的工作可能導致快速診斷COVID-19的嚴重程度。

“不同的病毒有不同的序列。我們可以設計導引RNA來靶向一個特定的序列,然后我們可以檢測,這就是CRISPR-Cas13系統的力量,”Yang說道。

但由于該項目正好在COVID-19大流行的時候開始,SARS-CoV-2是一個自然的焦點。

“作為結構生物學、蛋白質工程和生物醫學設備開發的組合努力,我們對這項工作感到非常興奮,”Gao補充道,“我非常感謝我的實驗室成員和合作者的所有努力。”


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