焦必寧研究員團隊建立了一種基于CRISPR-Cas12a的熒光法快速靈敏檢測農產品中有機磷農藥殘留

近日，西南大學柑桔研究所質檢中心焦必寧研究員團隊在國際期刊Food Chemistry發表題為“CRISPRCas12a based fluorescence assay for organophosphorus pesticides in agricultural products”的研究論文（https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132919）。我所碩士研究生付瑞杰為文章第一作者，焦必寧研究員和何悅教授為文章共同通訊作者。本研究得到國家重點研發項目課題和現代農業（柑橘）產業技術體系等項目資助。
 
　　在農業生產中，有機磷農藥被廣泛用于防治植物病蟲草害，對農業增產有益。但不恰當的使用會對環境造成污染，對人和動物造成危害。有機磷農藥屬于一種神經毒物，可對人和動物體內中樞神經的乙酰膽堿酯酶（AChE）活性產生不可逆的抑制作用，從而引起神經遞質乙酰膽堿的累積，造成神經功能的紊亂。因此，對農產品中的有機磷農藥殘留進行快速、靈敏、準確的檢測，對維護食品安全和農業生態環境具有重要的理論和現實意義。
 
　　近期，作為新一代基因編輯技術的CRISPR-Cas12a在核酸診斷領域展現出了巨大的應用前景。Cas12a 蛋白在同源CrRNA 識別靶標DNA 之后，不僅能特異性地切割靶標DNA，還可非特異性地切割周圍任何單鏈DNA（ssDNA）。CRISPR-Cas12a系統具有具有精準切割、價格低廉、功能強大、便于操作等顯著優點，現已被科學家創新性地引入到核酸快速檢測領域，成為現有核酸診斷技術的巨大突破。得益于CRISPR-Cas12a高效的酶切活性，加之與各種DNA 擴增技術相結合，使得CRISPR-Cas12a 系統對DNA 的檢測靈敏度低至aM水平。然而，將CRISPR-Cas12a應用于有機磷農藥殘留檢測還未見報道。
 
　　為了實現這個目標，該工作創新性地將對有機磷農藥的特異性識別事件轉化為對CRISPR-Cas12a的酶切活性調控事件，提出了一種基于雙酶級聯催化調控CRISPR-Cas12a 酶切活性的熒光檢測新方法，實現了有機磷農藥的靈敏檢測。在最優條件下，該方法對對氧磷、敵敵畏和內吸磷的檢出限分別為270、406 和218 pg/mL。在柑橘類水果和卷心菜樣品中三個加標濃度水平下，其平均回收率為96.43~100.85%，相對標準偏差 （RSD, n=3） 低于5.6%。在該工作中，MnO2納米片及Mn2+依賴的DNAzyme成為了銜接有機磷農藥特異性識別與CRISPR-Cas12a酶切活性的橋梁，首次實現了CRISPR-Cas12a在農藥殘留檢測領域的應用。得益于MnO2納米片優異的物理性能和三輪酶促信號放大策略的有機結合，該方法在農產品中有機磷農藥殘留檢測領域呈現出較好的應用潛力。



日期：2022-05-05