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在臨床診斷、病原體篩查等領(lǐng)域，核酸檢測(cè)的快速性、靈敏性與便攜性始終是核心訴求。傳統(tǒng)檢測(cè)方法如PCR雖有效，但依賴專業(yè)儀器，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。而基于CRISPR-Cas系統(tǒng)的SHERLOCK技術(shù)，通過(guò)創(chuàng)新性結(jié)合核酸預(yù)擴(kuò)增與Cas酶的特異性識(shí)別，打造出兼具高靈敏度、強(qiáng)特異性與便攜性的核酸檢測(cè)平臺(tái)，為核酸檢測(cè)領(lǐng)域帶來(lái)了突破性變革。

SHERLOCK全稱為特異性高靈敏度酶促報(bào)告基因解鎖技術(shù)，其核心原理源于Cas13和Cas12酶的"附帶活性"——這些酶在通過(guò)可編程crRNA識(shí)別特定目標(biāo)核酸后，會(huì)激活非特異性核酸內(nèi)切酶活性，切割旁側(cè)的報(bào)告分子產(chǎn)生可檢測(cè)信號(hào)。該技術(shù)通過(guò)四步核心流程實(shí)現(xiàn)核酸檢測(cè)：首先制備LwaCas13a蛋白與crRNA等關(guān)鍵試劑，隨后提取樣本中的目標(biāo)核酸，通過(guò)重組酶聚合酶擴(kuò)增（RPA）技術(shù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行等溫預(yù)擴(kuò)增并引入T7啟動(dòng)子（Cas12檢測(cè)無(wú)需此步驟），最后利用Cas酶的附帶活性切割報(bào)告分子，通過(guò)熒光或側(cè)向流動(dòng)等方式讀取結(jié)果。整個(gè)流程設(shè)置時(shí)間不足15分鐘，總檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)可控制在1小時(shí)內(nèi)，高效適配快速檢測(cè)需求。

圖 1 | SHERLOCK 實(shí)驗(yàn)完整工作流程

相較于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，SHERLOCK展現(xiàn)出三大核心優(yōu)勢(shì)。在檢測(cè)性能上，它能實(shí)現(xiàn)單分子級(jí)檢測(cè)（2 aM濃度），可區(qū)分目標(biāo)序列中的單核苷酸錯(cuò)配，輕松辨別登革熱病毒與寨卡病毒等相似病原體，甚至能在背景豐度僅0.1%的樣本中檢測(cè)到癌癥相關(guān)突變。在實(shí)用性上，該技術(shù)兼容DNA與RNA雙目標(biāo)檢測(cè)，支持熒光檢測(cè)、側(cè)向流動(dòng)可視化檢測(cè)等多種讀數(shù)方式，其中側(cè)向流動(dòng)檢測(cè)無(wú)需專業(yè)儀器，僅需幾分鐘即可通過(guò)肉眼觀察結(jié)果，完美適配資源有限的現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景。在成本控制上，單重反應(yīng)成本僅約0.60美元，crRNA合成成本低，酶組件可大規(guī)模生產(chǎn)，具備廣泛推廣的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同，SHERLOCK分為兩步法與一步法兩種形式。兩步法將預(yù)擴(kuò)增與Cas檢測(cè)分離進(jìn)行，優(yōu)化難度低、靈敏度更高（可達(dá)zeptomolar級(jí)別），適合樣本成分復(fù)雜的場(chǎng)景；一步法則將所有反應(yīng)整合在單個(gè)體系中，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)縮短至15-30分鐘，污染風(fēng)險(xiǎn)更低，更適合高通量、定量檢測(cè)需求。此外，通過(guò)空間多重或光譜多重設(shè)計(jì)，該技術(shù)可在單個(gè)反應(yīng)中同時(shí)檢測(cè)多達(dá)四個(gè)目標(biāo)，進(jìn)一步拓展了應(yīng)用場(chǎng)景。

在實(shí)際應(yīng)用中，SHERLOCK已展現(xiàn)出強(qiáng)大的適配能力。它成功應(yīng)用于寨卡病毒、登革熱病毒等病原體的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可直接從患者尿液、血清樣本中快速篩查，還能區(qū)分不同地域來(lái)源的病毒菌株；在基因分型與癌癥檢測(cè)領(lǐng)域，其單核苷酸特異性可精準(zhǔn)識(shí)別循環(huán)游離DNA中的癌癥相關(guān)突變；在農(nóng)業(yè)與環(huán)境監(jiān)測(cè)中，也能高效檢測(cè)病原菌與抗性基因。

盡管優(yōu)勢(shì)顯著，SHERLOCK仍存在一定局限性，如需專業(yè)知識(shí)制備反應(yīng)組件、缺乏商業(yè)化預(yù)設(shè)計(jì)方案、難以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)數(shù)字定量等，使其在部分常規(guī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中暫無(wú)法完全替代PCR技術(shù)。但隨著技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化，這些問(wèn)題正逐步得到解決。未來(lái)，隨著試劑制備的標(biāo)準(zhǔn)化、檢測(cè)流程的簡(jiǎn)化以及多重檢測(cè)能力的提升，SHERLOCK有望在臨床床旁檢測(cè)、突發(fā)疫情防控、基層醫(yī)療篩查等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，推動(dòng)核酸檢測(cè)技術(shù)邁入便攜化、精準(zhǔn)化、低成本的全新階段。