你是否曾經(jīng)擔(dān)心過食物中隱藏的細(xì)菌？比如讓人聞風(fēng)喪膽的沙門氏菌？別擔(dān)心！科學(xué)家們已經(jīng)研發(fā)出了一種全新的檢測技術(shù)，能夠以驚人的靈敏度和精準(zhǔn)度捕捉到這些“細(xì)菌刺客”。這項研究由紐約州立大學(xué)奧爾巴尼分校的研究團(tuán)隊完成，他們結(jié)合了CRISPR基因編輯技術(shù)、銀納米團(tuán)簇和機器學(xué)習(xí)算法，成功實現(xiàn)了對沙門氏菌基因組的快速檢測。
無與倫比的靈敏度：33個基因組就能被發(fā)現(xiàn)！
研究團(tuán)隊利用一種名為“DNA模板化的銀納米團(tuán)簇”（DFN-1）的材料。這種納米團(tuán)簇具有獨特的熒光特性，當(dāng)其周圍的DNA模板被“剪切”時，熒光信號會顯著減弱。而這把“剪切”DNA的“剪刀”就是CRISPR-Cas12a系統(tǒng)。
通過調(diào)整CRISPR復(fù)合體中的crRNA（CRISPR相關(guān)RNA），研究人員可以輕松地將檢測目標(biāo)從一種沙門氏菌轉(zhuǎn)向另一種。這種高度可編程的特性，使得這項技術(shù)在診斷不同病原體時展現(xiàn)出巨大的靈活性。
在實際檢測中，研究人員不僅在液體環(huán)境中測試了他們的技術(shù)，還將其轉(zhuǎn)移到了2毫米大小的紙片上。結(jié)果顯示，即便僅有33個全基因組拷貝，也能被成功檢測到。這意味著，即使病原體的數(shù)量極其有限，這項技術(shù)依然能夠“火眼金睛”地識別出來。
圖1 CRISPR-cas12a-crRNA降解的熒光反應(yīng)示意圖 [1]
精準(zhǔn)與靈敏的終極對決：機器學(xué)習(xí)助力檢測
為了進(jìn)一步提升檢測的準(zhǔn)確性和效率，研究團(tuán)隊引入了機器學(xué)習(xí)算法。他們測試了60個含有不同濃度目標(biāo)病原體的樣本，結(jié)果令人驚嘆：機器學(xué)習(xí)模型在預(yù)測中達(dá)到了100%的準(zhǔn)確率！
通過熒光成像和數(shù)據(jù)分析，模型能夠智能地區(qū)分“陽性”和“陰性”樣本，即使在復(fù)雜干擾存在的情況下，也幾乎沒有出現(xiàn)誤判的情況。這意味著，這項技術(shù)不僅適合實驗室環(huán)境，還非常適合在現(xiàn)場快速診斷中應(yīng)用。
點滴樣本，快速診斷
這項技術(shù)的另一個亮點是其對樣本容量的需求極低。研究人員僅需5微升的樣本量，就能完成一次檢測。這對于現(xiàn)場采樣和高通量檢測來說，無疑是一大利好。
此外，這種紙基檢測平臺的引入，不僅降低了檢測的成本，還大大提高了檢測的便攜性。想象一下，未來醫(yī)生或食品檢測員只需要一小片紙和微量樣本，就能快速判斷是否存在病原體，這將極大提升公共健康事件的應(yīng)對能力。
未來展望：走向臨床與食品檢測
盡管這項技術(shù)目前仍處于實驗室階段，但其潛力已經(jīng)顯而易見。研究團(tuán)隊表示，他們計劃進(jìn)一步優(yōu)化檢測流程，提高檢測速度和靈敏度，并將其應(yīng)用于更多種類的病原體檢測中。
此外，這項技術(shù)也適用于其他重要病原體的檢測，如大腸桿菌、志賀氏菌等。未來，我們有望看到這項技術(shù)在食品安全、臨床診斷和環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域大放異彩。
總結(jié)：一場科技與健康的完美邂逅
這項研究不僅展示了科技的力量，也為未來的健康管理帶來了新的可能性。通過融合CRISPR、納米材料和人工智能，科學(xué)家們正在一步步打破傳統(tǒng)檢測技術(shù)的瓶頸，為人類的健康保駕護(hù)航。
如果你也覺得這項技術(shù)“酷斃了”，不妨想象一下，未來某一天，你只需要用一片小紙片和一滴樣本，就能檢測出自己是否感染了某種細(xì)菌。這將將大大減少我們的擔(dān)憂，提升生活的安全感。讓我們一起期待，這項技術(shù)早日走出實驗室，走進(jìn)我們的生活！
參考文獻(xiàn)：[1] E. Hanson, N. Kalla, R. J. Tharu, M. M. Demir, B. H. Tok, M. A. Canbaz, M. V. Yigit, CRISPR-Responsive Reprogrammable Label-Free Fluorescent Nanoclusters for ML-Assisted Pathogenic Genome Detection on Solid Substrates. Small 2025, 2500784. https://doi.org/10.1002/smll.202500784
來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~高翔。
