RU2764020C1 - CRISPR-CAS14 SYSTEM FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA AT ULTRA-LOW CONCENTRATIONS - Google Patents

CRISPR-CAS14 SYSTEM FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA AT ULTRA-LOW CONCENTRATIONS Download PDF

Info

Publication number
RU2764020C1
RU2764020C1 RU2021128589A RU2021128589A RU2764020C1 RU 2764020 C1 RU2764020 C1 RU 2764020C1 RU 2021128589 A RU2021128589 A RU 2021128589A RU 2021128589 A RU2021128589 A RU 2021128589A RU 2764020 C1 RU2764020 C1 RU 2764020C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cov
sars
rna
virus
crispr
Prior art date
Application number
RU2021128589A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Игоревич Тюменцев
Марина Алексеевна Тюменцева
Анна Николаевна Преловская
Василий Геннадьевич Акимкин
Original Assignee
Федеральное бюджетное учреждение науки «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное бюджетное учреждение науки «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора) filed Critical Федеральное бюджетное учреждение науки «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора)
Priority to RU2021128589A priority Critical patent/RU2764020C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2764020C1 publication Critical patent/RU2764020C1/en
Priority to PCT/RU2022/050165 priority patent/WO2023055255A1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00

Abstract

FIELD: genetic engineering
SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of genetic engineering and biotechnology, namely to guide RNAs, ribonucleoprotein complexes of the CRISPR / Cas system containing guide RNAs, and sets containing ribonucleoprotein complexes of the CRISPR / Cas system and specific oligonucleotides for preliminary amplification of a highly conserved CoV section of the SARS-virus genome -2.
EFFECT: inventions make it possible to efficiently detect the RNA of the SARS-CoV-2 virus after carrying out specific amplification of a fragment of the genome of this virus and ensure the detection of single copies of the RNA of the SARS-CoV-2 virus.
7 cl, 16 dwg, 5 tbl, 5 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области генной инженерии и биотехнологии, а именно к числу средств направляющих РНК, которые могут быть использованы в системе CRISPR-Cas14 в составе рибонуклеопротеиновых комплексов для выявления (обнаружения, детекции) РНК вируса SARS-CoV-2.The invention relates to the field of genetic engineering and biotechnology, namely to the number of guide RNA tools that can be used in the CRISPR-Cas14 system as part of ribonucleoprotein complexes for the detection (detection, detection) of SARS-CoV-2 virus RNA.

Изобретение позволяет in vitro выявлять единичные копии РНК вируса SARS-CoV-2.EFFECT: invention allows to detect single copies of SARS-CoV-2 virus RNA in vitro.

Направляющие РНК, описанные в настоящей заявке, могут быть использованы для детекции РНК вируса SARS-CoV-2 после проведения специфической амплификации фрагментов генома SARS-CoV-2. Амплификация при этом может быть проведена различными способами, среди которых полимеразная цепная реакция (PCR); петлевая изотермическая амплификация (LAMP); геликаза-зависимая амплификация (HDA); рекомбиназа-опосредованная амплификация (RPA); амплификация со смещением цепи (SDA); амплификация, основанная на последовательности нуклеиновых кислот (NASBA); опосредованная транскрипцией амплификация (ТМА); амплификация, опосредованная никирующим ферментом (NEAR); круговая амплификация (RCA) и многие другие виды амплификации.The guide RNAs described in this application can be used to detect SARS-CoV-2 virus RNA after specific amplification of fragments of the SARS-CoV-2 genome. Amplification in this case can be carried out in various ways, including polymerase chain reaction (PCR); loop isothermal amplification (LAMP); helicase-dependent amplification (HDA); recombinase-mediated amplification (RPA); strand displacement amplification (SDA); nucleic acid sequence based amplification (NASBA); transcription-mediated amplification (TMA); nicking enzyme mediated amplification (NEAR); circular amplification (RCA) and many other types of amplification.

Направляющие РНК, описанные в настоящей заявке, могут быть использованы для разработки высокочувствительных и высокотехнологичных диагностических систем нового поколения на основе CRISPR технологий для совершенствования методов диагностики инфекционных заболеваний, в том числе для разработки методов диагностики вновь возникающих инфекций.The guide RNAs described in this application can be used to develop highly sensitive and high-tech next-generation diagnostic systems based on CRISPR technologies to improve methods for diagnosing infectious diseases, including the development of methods for diagnosing newly emerging infections.

Уровень техникиState of the art

Для решения эпидемиологических задач по расшифровке вспышек инфекционных болезней, выявления и идентификации возбудителя, а также детекции специфических бактериальных и вирусных генов необходимы разработка и внедрение в практику работы надзорных и мониторинговых служб современных технологий молекулярной эпидемиологии. Одной из таких технологий является использование элементов генетического редактирования системы CRISPR/CAS. Данная технология развивается достаточно эффективно в отношении создания средств лечения некоторых болезней, несмотря на ряд трудностей, связанных с возникновением непредвиденных мутаций. При углубленных исследованиях в области применения CRISPR/CAS системы, было выяснено, что она может быть использована для тонких диагностических процедур при выявлении возбудителя/ей инфекции у человека, а также их генотипирования.To solve the epidemiological problems of deciphering outbreaks of infectious diseases, identifying and identifying the pathogen, as well as detecting specific bacterial and viral genes, it is necessary to develop and implement modern technologies of molecular epidemiology into the practice of surveillance and monitoring services. One such technology is the use of genetic editing elements of the CRISPR/CAS system. This technology is developing quite effectively in relation to the creation of drugs for the treatment of certain diseases, despite a number of difficulties associated with the occurrence of unforeseen mutations. With in-depth studies in the field of application of the CRISPR / CAS system, it was found that it can be used for subtle diagnostic procedures in identifying the pathogen / her infection in humans, as well as their genotyping.

В 2018 г. было показано, что один из ферментов CRISPR системы - Cas12 после распознавания своей целевой ДНК-мишени начинает неспецифически гидролизовать одноцепочечную ДНК. Такое свойство Cas12 можно использовать в качестве индикатора присутствия определенной мишени, например, генома вируса или бактерии. Исследователи использовали это открытие для создания технологической платформы обнаружения нуклеиновых кислот, известной как DETECTR (DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans Reporter - ДНК-нацеленная эндонуклеаза CRISPR трансрепортер). Предложенная платформа объединяет нуклеазу Cas12a, ее направляющую РНК, специфичную к нуклеиновой кислоте, и флуоресцентную репортерную молекулу. Впервые технология DETECTR была использована для выявления и генотипирования вируса папилломы человека. DETECTR в течение 1 ч позволила дифференцировать HPV16 и HPV18 в неочищенных экстрактах ДНК из культивируемых клеток человека и клинических образцов. При этом DETECTR корректно (сопоставимо с результатами ПЦР-анализа) идентифицировала HPV16 в 25 и HPV18 - в 23 из 25 клинических образцов (Chen J.S., Ma Ε., Harrington L.B., et al. CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity. Science. 2018; 360(6387): 436-9. doi: 10.1126/science.aar6245).In 2018, it was shown that one of the enzymes of the CRISPR system, Cas12, after recognizing its target DNA target, begins to nonspecifically hydrolyze single-stranded DNA. This property of Cas12 can be used as an indicator of the presence of a specific target, such as the genome of a virus or bacteria. The researchers used this discovery to create a nucleic acid detection technology platform known as DETECTR (DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans Reporter). The proposed platform combines the Cas12a nuclease, its nucleic acid-specific guide RNA, and a fluorescent reporter molecule. For the first time, DETECTR technology was used to detect and genotype the human papillomavirus. DETECTR allowed differentiation of HPV16 and HPV18 in crude DNA extracts from cultured human cells and clinical specimens within 1 h. At the same time, DETECTR correctly (comparable to the results of PCR analysis) identified HPV16 in 25 and HPV18 in 23 out of 25 clinical samples (Chen JS, Ma Ε., Harrington LB, et al. CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity Science 2018 360(6387): 436-9 doi: 10.1126/science.aar6245).

He менее важным приложением системы CRISPR/Cas является идентификация патогенов и детекция специфических бактериальных генов с помощью платформы SHERLOCK (specific high-sensitivity enzymatic reporter unlocking - ферментативная специфическая высокочувствительная разблокировка репортера). Предложенная платформа объединяет нуклеазу Cas13a, ее направляющую РНК, специфичную к нуклеиновой кислоте, и флуоресцентную репортерную молекулу. Комплекс Cas13a связывает и расщепляет предварительно амплифицированную нуклеиновую кислоту-мишень с высокой специфичностью. С помощью SHERLOCK удалось корректно дифференцировать близкородственные штаммы вируса Зика и Денге (Gootenberg J.S., Abudayyeh О.О., Lee J.W., et al. Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. Science. 2017; 356(6336): 438-42. doi: 10.1126/science.aam9321).An equally important application of the CRISPR/Cas system is the identification of pathogens and the detection of specific bacterial genes using the SHERLOCK (specific high-sensitivity enzymatic reporter unlocking) platform. The proposed platform combines the Cas13a nuclease, its nucleic acid-specific guide RNA, and a fluorescent reporter molecule. The Cas13a complex binds and cleaves the pre-amplified target nucleic acid with high specificity. Using SHERLOCK, it was possible to correctly differentiate closely related Zika and Dengue virus strains (Gootenberg JS, Abudayyeh O.O., Lee JW, et al. Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. Science. 2017; 356(6336): 438-42 doi: 10.1126/science.aam9321).

SHERLOCK была усовершенствована (SHERLOCKv2) и позволила выявлять в одном анализе до 4 мишеней. Мультиплексирование было достигнуто путем объединения нескольких нуклеаз Cas13 и нуклеазы Cas12 со специфичными флуоресцентными репортерными комплексами, которые обеспечивали детекцию сигнала на разных длинах волн. Количественное обнаружение было достигнуто путем оптимизации концентраций олигонуклеотидов, используемых на этапе предварительной амплификации, чтобы входной сигнал и интенсивность сигнала тесно коррелировали в широком диапазоне концентраций образца. Повышенная чувствительность была достигнута путем добавления Csm6 для увеличения интенсивности расщепления флуоресцентного репортера. Стоит отметить, что SHERLOCKv2 является портативным анализом за счет того, что обнаружение показаний флуоресценции в предложенной технологии заменено на визуальную детекцию на тест-полосках (Gootenberg J.S., Abudayyeh О.О., Kellner Μ.J., et al. Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6. Science. 2018; 360(6387): 439-44. doi: 10.1126/science.aaq0179).SHERLOCK has been improved (SHERLOCKv2) and allowed to detect up to 4 targets in one analysis. Multiplexing was achieved by combining several Cas13 nucleases and a Cas12 nuclease with specific fluorescent reporter complexes that allowed signal detection at different wavelengths. Quantitative detection was achieved by optimizing the concentrations of oligonucleotides used in the pre-amplification step so that input signal and signal intensity are closely correlated over a wide range of sample concentrations. Increased sensitivity was achieved by adding Csm6 to increase the intensity of fluorescent reporter cleavage. It should be noted that SHERLOCKv2 is a portable analysis due to the fact that the detection of fluorescence readings in the proposed technology is replaced by visual detection on test strips (Gootenberg JS, Abudayyeh O.O., Kellner M.J., et al. Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6 Science 2018 360(6387): 439-44 doi 10.1126/science.aaq0179).

На основе SHERLOCK была разработана технология HUDSON (heating unextracted diagnostic samples to obliterate nucleases - нагревание неэкстрагированных диагностических образцов для уничтожения нуклеаз), которая устраняет необходимость в экстракции нуклеиновых кислот и позволяет обнаруживать патогены непосредственно в биологических образцах пациента (образец крови, сыворотки или плазмы крови, клеток крови, слюны, мокроты, лимфоидных тканей, тканей кроветворных органов и других биологических материалов). В HUDSON нагревание и химическое восстановление инактивируют нуклеазы, присутствующие в высоких концентрациях в биологических образцах пациента, после чего вирусные частицы лизируются, высвобождая нуклеиновые кислоты в раствор. HUDSON позволяет в течение 2 ч с высокой чувствительностью обнаружить вирус Денге в образцах цельной крови, сыворотки и слюны пациентов. Кроме того, HUDSON позволяет дифференцировать четыре серотипами вируса Денге и выявлять 6 наиболее распространенных мутаций обратной транскриптазы ВИЧ (Myhrvold С, Freije С.Α., Gootenberg J.S., et al. Field-deployable viral diagnostics using CRISPR-Cas13. Science. 2018; 360(6387): 444-8. doi: 10.1126/science.aas8836).Based on SHERLOCK, the HUDSON (heating unextracted diagnostic samples to obliterate nucleases) technology was developed, which eliminates the need for extraction of nucleic acids and allows the detection of pathogens directly in patient biological samples (blood, serum or plasma sample, blood cells, saliva, sputum, lymphoid tissues, tissues of hematopoietic organs and other biological materials). At HUDSON, heat and chemical reduction inactivate nucleases present in high concentrations in patient biological samples, after which the viral particles are lysed, releasing nucleic acids into solution. HUDSON allows detection of Dengue virus within 2 hours with high sensitivity in samples of whole blood, serum and saliva of patients. In addition, HUDSON allows differentiation of four Dengue virus serotypes and detection of the 6 most common HIV reverse transcriptase mutations (Myhrvold C, Freije C.A., Gootenberg JS, et al. Field-deployable viral diagnostics using CRISPR-Cas13. Science. 2018; 360 (6387): 444-8 doi: 10.1126/science.aas8836).

Также в 2018 году были описаны CRISPR-Cas некультивируемых архей, которые содержат белки Cas14 - семейство исключительно компактных РНК-управляемых нуклеаз (от 400 до 700 аминокислот). Несмотря на свой небольшой размер, белки Cas14 способны к целевому расщеплению одноцепочечной ДНК и двуцепочечной ДНК. Более того, распознавание мишени с помощью Cas14 запускает неспецифический гидролиз (расщепление) флуоресцентной репортерной молекулы - активности, которая делает возможным применение Cas14 для выявления возбудителя/ей инфекции у человека, их генотипирования, а также для высокоточное выявления однонуклеотидных полиморфизмов. Предложенная платформа получила название Cas14-DETECTR (Harrington L.B., Burstein D., Chen J.S., Paez-Espino D., Ma E., Witte LP., Cofsky J.C., Kyrpides N.C., Banfield J.F., Doudna J.A. Programmed DNA destruction by miniature CRISPR-Cas14 enzymes. Science. 2018; 362(6416):839-842. doi: 10.1126/science.aav4294).Also in 2018, CRISPR-Cas of uncultured archaea were described that contain Cas14 proteins, a family of exceptionally compact RNA-guided nucleases (400 to 700 amino acids). Despite their small size, Cas14 proteins are capable of targeted cleavage of single-stranded DNA and double-stranded DNA. Moreover, target recognition by Cas14 triggers non-specific hydrolysis (cleavage) of the fluorescent reporter molecule, an activity that enables the use of Cas14 for detection of human infectious agent(s), their genotyping, and for highly accurate detection of single nucleotide polymorphisms. The proposed platform was named Cas14-DETECTR (Harrington LB, Burstein D., Chen JS, Paez-Espino D., Ma E., Witte LP., Cofsky JC, Kyrpides NC, Banfield JF, Doudna JA Programmed DNA destruction by miniature CRISPR- Cas14 enzymes Science 2018 362(6416):839-842 doi: 10.1126/science.aav4294).

В связи с этим крайне актуальной является задача разработки новых эффективных методик выявления нуклеиновых кислот возбудителей инфекционных заболеваний, основанных на генетических технологиях, таких как CRISPR/Cas.In this regard, the task of developing new effective methods for detecting nucleic acids of pathogens of infectious diseases based on genetic technologies, such as CRISPR/Cas, is extremely urgent.

В ходе изучения уровня техники были найдены научные статьи, описывающие разработку технологий для выявления РНК вируса SARS-CoV-2 in vitro, основанных на применении белков систем направленного редактирования генома.During the study of the prior art, scientific articles were found describing the development of technologies for the detection of SARS-CoV-2 virus RNA in vitro, based on the use of proteins of directed genome editing systems.

J.P. Broughton и соавторы описали технологию DETECTR для выявления РНК вируса SARS-CoV-2, где в качестве мишени для амплификации методом изотермической амплификации, совмещенной с обратной транскрипцией (RT-LAMP), служили гены N и Ε SARS-CoV-2, а детекция проходила с помощью Cas12a в формате тест-полоски. Чувствительность описанного метода варьировала от 70 до 300 копий РНК вируса SARS-CoV-2 на реакцию [J.P. Broughton, X. Deng, G. Yu, C.L. Fasching, V. Servellita, J. Singh, et al., CRISPR-Cas12-based detection of SARS-CoV-2, Nature Biotechnology 38 (2020) 870-874, https://doi.org/10.1038/s41587-020-0513-4].J.P. Broughton and co-authors described the DETECTR technology for detecting SARS-CoV-2 virus RNA, where the N and E genes of SARS-CoV-2 served as a target for amplification by the method of isothermal amplification combined with reverse transcription (RT-LAMP), and the detection took place with Cas12a in test strip format. The sensitivity of the described method varied from 70 to 300 copies of SARS-CoV-2 virus RNA per reaction [J.P. Broughton, X. Deng, G. Yu, C.L. Fasching, V. Servellita, J. Singh, et al., CRISPR-Cas12-based detection of SARS-CoV-2, Nature Biotechnology 38 (2020) 870-874, https://doi.org/10.1038/s41587-020 -0513-4].

Cas12a также был использован для выявления РНК вируса SARS-CoV-2 в методе, названном AIOD-CRISPR. В качестве мишени был выбран ген N, амплификация фрагмента которого проводилась в ходе изотермической реакции, совмещенной с обратной транскрипцией (RT-RPA). Чувствительность AIOD-CRISPR составляла 10-100 копий РНК вируса SARS-CoV-2 на реакцию [X. Ding, К. Yin, Ζ. Li, R. Lalla, Ε. Ballesteros, Μ Sfeir, С.Liu, Ultrasensitive and visual detection of SARS-CoV-2 using all-in-one dual CRISPR-Cas12a assay. Nat. Commun. 2020 (18) (2020) https://doi.org/10.1038/s41467-020-18575-6].Cas12a has also been used to detect SARS-CoV-2 virus RNA in a method called AIOD-CRISPR. The N gene was chosen as a target, the amplification of a fragment of which was carried out in the course of an isothermal reaction combined with reverse transcription (RT-RPA). The sensitivity of AIOD-CRISPR was 10-100 copies of SARS-CoV-2 virus RNA per reaction [X. Ding, K. Yin, Z. Li, R. Lalla, E. Ballesteros, Μ Sfeir, C. Liu, Ultrasensitive and visual detection of SARS-CoV-2 using all-in-one dual CRISPR-Cas12a assay. Nat. commun. 2020 (18) (2020) https://doi.org/10.1038/s41467-020-18575-6].

Кроме того, была разработана технология ENHANCE, позволяющая выявлять от 3 до 300 копий РНК вируса SARS-CoV-2 на реакцию, в которой предварительная амплификация фрагмента гена N осуществлялась методом изотермической амплификации, совмещенной с обратной транскрипцией (RT-LAMP), с последующей детекцией продуктов амплификации с помощью модифицированного Cas12a [L.T. Nguyen, В.Μ. Smith, Р.K. Jain, Enhancement of trans-cleavage activity of Cas12a with engineered crRNA enables amplified nucleic acid detection, Nat. Commun. 11 (4906) (2020), https://doi.org/10.1038/s41467-020-18615-l].In addition, the ENHANCE technology was developed, which makes it possible to detect from 3 to 300 copies of SARS-CoV-2 virus RNA per reaction, in which the preliminary amplification of the N gene fragment was carried out by the method of isothermal amplification combined with reverse transcription (RT-LAMP), followed by detection amplification products with modified Cas12a [LT Nguyen, V.M. Smith, R.K. Jain, Enhancement of trans-cleavage activity of Cas12a with engineered crRNA enables amplified nucleic acid detection, Nat. commun. 11 (4906) (2020), https://doi.org/10.1038/s41467-020-18615-l].

L.U. Guo и соавторы в совей работе описали технологию CASdetec, которая позволяла выявлять 100-500 копий РНК вируса SARS-CoV-2 на реакцию. В основе технологии лежала изотермическая амплификация с помощью рекомбиназы, совмещенная с обратной транскрипцией (RT-RAA). Мишенью для амплификации служил фрагмент гена RdRp SARS-CoV-2. Детекцию продуктов амплификации проводили с помощью Cas12b [L.u. Guo, X. Sun, Χ. Wang, С.Liang, Η. Jiang, Q. Gao, et al., SARS-CoV-2 detection with CRISPR diagnostics, Cell Discov 6 (1) (2020), https://doi.org/10.1038/s41421-020-0174-y].L.U. Guo and co-authors in their work described the CASdetec technology, which made it possible to detect 100-500 copies of SARS-CoV-2 virus RNA per reaction. The technology was based on isothermal amplification using recombinase coupled with reverse transcription (RT-RAA). The SARS-CoV-2 RdRp gene fragment served as the target for amplification. Amplification products were detected using Cas12b [L.u. Guo, X. Sun, X. Wang, C. Liang, Η. Jiang, Q. Gao, et al., SARS-CoV-2 detection with CRISPR diagnostics, Cell Discov 6 (1) (2020), https://doi.org/10.1038/s41421-020-0174-y].

При использовании платформы SHERLOCK для выявления РНК вируса SARS-CoV-2 в качестве мишени были описаны гены S и Orflab. Предварительная амплификация проводилась с применением изотермической амплификации, совмещенной с обратной транскрипцией (RT-RPA), перед детекцией с помощью Cas13a проводили дополнительный этап in vitro транскрипции. Технология SHERLOCK позволяла выявить 10-100 копий РНК вируса SARS-CoV-2 на реакцию [F. Zhang, О.О. Abudayyeh, J.S. Gootenberg, С.Sciences, L. Mathers, A protocol for detection of COVID-19 using CRISPR diagnostics, Bioarchive. (2020) 1 8].When using the SHERLOCK platform to detect the RNA of the SARS-CoV-2 virus, the S and Orflab genes were described as a target. Preamplification was performed using isothermal amplification combined with reverse transcription (RT-RPA), before detection with Cas13a, an additional step of in vitro transcription was performed. The SHERLOCK technology made it possible to detect 10-100 copies of SARS-CoV-2 virus RNA per reaction [F. Zhang, O.O. Abudayyeh, J.S. Gootenberg, C. Sciences, L. Mathers, A protocol for detection of COVID-19 using CRISPR diagnostics, Bioarchive. (2020) 1 8].

Кроме методов, перечисленных выше, для выявления РНК вируса SARS-CoV-2 была предложена диагностическая платформа FELUDA. Выявление РНК вируса SARS-CoV-2 (гены NSP8 и N) происходило после обратной транскрипции с помощью Cas9. Чувствительность метода оценивалась в 3,16-10 копий РНК вируса SARS-CoV-2 на реакцию [S.M. Mohd. Azhar, Rhythm Phutela, Asgar Hussain Ansari, Dipanjali Sinha, Namrata Sharma, Manoj Kumar, Meghali Aich, Saumya Sharma, Khushboo Singhal, Harsha Lad, Pradeep K. Patra, Govind Makharia, Giriraj Ratan Chandak, Debojyoti Chakraborty, Rapid, field-deployable nucleobase detection and identification using FnCas9, BioRxiv. (2020). doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.07.028167].In addition to the methods listed above, the FELUDA diagnostic platform was proposed for the detection of SARS-CoV-2 virus RNA. Detection of SARS-CoV-2 virus RNA (NSP8 and N genes) occurred after reverse transcription with Cas9. The sensitivity of the method was estimated at 3.16-10 copies of SARS-CoV-2 virus RNA per reaction [S.M. Mohd. Azhar, Rhythm Phutela, Asgar Hussain Ansari, Dipanjali Sinha, Namrata Sharma, Manoj Kumar, Meghali Aich, Saumya Sharma, Khushboo Singhal, Harsha Lad, Pradeep K. Patra, Govind Makharia, Giriraj Ratan Chandak, Debojyoti Chakraborty, Rapid, field-deployable nucleobase detection and identification using FnCas9, BioRxiv. (2020). doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.07.028167].

Исходя из этого, возникает техническая проблема, заключающаяся в необходимости разработки и получения направляющих РНК для выявления единичных копий (менее 3 копий РНК на реакцию) РНК вируса SARS-CoV-2 in vitro с помощью Cas14.Based on this, a technical problem arises, which consists in the need to develop and obtain guide RNAs to detect single copies (less than 3 RNA copies per reaction) of SARS-CoV-2 virus RNA in vitro using Cas14.

Раскрытие сущностиEssence disclosure

Предложенная технология перспективна для разнообразных применений, включая количественное определение ДНК/РНК, быструю мультиплексную детекцию экспрессии, другие виды чувствительной детекции, например, выявление загрязнения образцов нуклеиновыми кислотами. Технология основанная на CRISPR/Cas является многофункциональной, устойчивой к ошибкам технологией детекции ДНК, пригодной для быстрой постановки диагнозов, включая инфекционные заболевания, генотипирование инфекционных агентов и выявление генов антибиотикоустойчивости бактериальных патогенов.The proposed technology is promising for a variety of applications, including DNA/RNA quantification, fast multiplex expression detection, and other types of sensitive detection, such as detection of sample contamination with nucleic acids. CRISPR/Cas based technology is a feature rich, error tolerant DNA detection technology suitable for rapid diagnosis including infectious diseases, genotyping of infectious agents and detection of antibiotic resistance genes in bacterial pathogens.

Применение предложенной технологии делает возможным создание диагностических систем нового поколения, которые будут обладать следующими свойствами:The application of the proposed technology makes it possible to create a new generation of diagnostic systems that will have the following properties:

• высокая чувствительность;• high sensitivity;

• возможность проведения диагностики у постели больного;• the possibility of carrying out diagnostics at the patient's bedside;

• возможность проведения диагностики в полевых условиях без применения специализированного высокотехнологичного оборудования;• the possibility of carrying out diagnostics in the field without the use of specialized high-tech equipment;

• скорость и простота анализа;• speed and simplicity of analysis;

• сниженная стоимость анализа;• reduced cost of analysis;

• отсутствие необходимости оснащения диагностической лаборатории дорогостоящим оборудованием;• no need to equip the diagnostic laboratory with expensive equipment;

• отсутствие необходимости проведения выделения нуклеиновых кислот возбудителя.• no need to isolate the nucleic acids of the pathogen.

Изобретение относится к новым средствам - направляющим РНК, которые могут быть использованы в системе CRISPR-Cas14 для ультрачувствительного выявления, идентификации, обнаружения или детекции РНК вируса SARS-CoV-2 в биологических образцах.The invention relates to new tools - guide RNA, which can be used in the CRISPR-Cas14 system for ultrasensitive detection, identification, detection or detection of SARS-CoV-2 virus RNA in biological samples.

Технической задачей предложенного изобретения является разработка новых средств направляющих РНК, которые могут быть использованы в системе CRISPR-Cas14 с белками Cas14, например, Cas14a1 из некультивируемого археона, для ультрачувствительного выявления РНК вируса SARS-CoV-2.The technical objective of the proposed invention is the development of new guide RNA tools that can be used in the CRISPR-Cas14 system with Cas14 proteins, for example, Cas14a1 from uncultivated archaeon, for ultrasensitive detection of SARS-CoV-2 virus RNA.

При осуществлении настоящего изобретения, согласно приведенной в формуле изобретения совокупности существенных признаков, достигается неожиданный технический результат возможность ультрачувствительного выявления РНК вируса SARS-CoV-2 до единичных (1,64) копий РНК в одной реакции. Изобретение обеспечивает повышение эффективности выявления РНК вируса SARS-CoV-2 до 10 раз.When implementing the present invention, according to the set of essential features given in the claims, an unexpected technical result is achieved - the possibility of ultrasensitive detection of SARS-CoV-2 virus RNA up to single (1.64) copies of RNA in one reaction. EFFECT: invention provides up to 10 times higher efficiency of SARS-CoV-2 virus RNA detection.

Технический результат достигается за счет:The technical result is achieved due to:

• разработки молекул направляющих РНК, которые могут быть использованы в системах CRTSPR-Cas14 для ультра чувствительного выявления РНК вируса SARS-CoV-2, где указанные направляющие РНК выбраны из последовательностей SEQ ID NO: 1-4, способны связываться с целевыми высоко консервативными участками РНК вируса SARS-CoV-2, содержат РНК-шпильку, которая распознается РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазой Cas14a1 из не культивируемо го археона, с обеспечением выявления единичных копий РНК вируса SARS-CoV-2.• development of guide RNA molecules that can be used in CRTSPR-Cas14 systems for ultra-sensitive detection of SARS-CoV-2 virus RNA, where these guide RNAs are selected from the sequences of SEQ ID NO: 1-4, are able to bind to highly conserved target RNA regions of the SARS-CoV-2 virus contain an RNA hairpin, which is recognized by the RNA-directed DNA endonuclease Cas14a1 from a non-cultivated archaeon, allowing detection of single copies of the SARS-CoV-2 virus RNA.

• применения РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазы Cas14a1 из не культивируемо го археона, полученной согласно способу, разработанному авторами ранее (Патент RU №2707542, дата приоритета 28.03.2019), для создания рибонуклеопротеиновых комплексов (РПК) системы CRISPR/Cas, пригодных для детекции РНК вируса SARS-CoV-2 в ультранизких концентрациях (единичные копии).• the use of RNA-directed DNA endonuclease Cas14a1 from non-cultivated archaeon, obtained according to the method developed by the authors earlier (Patent RU No. SARS-CoV-2 virus RNA in ultra-low concentrations (single copies).

• разработки набора специфических олигонуклеотидов, выбранных из SEQ ID NO: 5-8, для предварительной амплификации фрагментов генома вируса SARS-CoV-2.• development of a set of specific oligonucleotides selected from SEQ ID NO: 5-8 for preliminary amplification of SARS-CoV-2 virus genome fragments.

• оптимизации условий проведения предварительной амплификации фрагментов генома вируса SARS-CoV-2.• optimization of conditions for preliminary amplification of SARS-CoV-2 virus genome fragments.

• определения условий проведения ультрачувствительной детекции РНК вируса SARS-CoV-2 и установления последовательности стадий метода.• determining the conditions for ultrasensitive detection of SARS-CoV-2 virus RNA and establishing the sequence of the method steps.

Предложена молекула направляющей РНК системы CRISPR/Cas, которая способна связываться с целевыми высококонсервативными участками генома вируса SARS-CoV-2. Нуклеотидная последовательность раскрытой в настоящей заявке направляющей РНК выбрана из последовательностей SEQ ID NO: 1-4.A guide RNA molecule of the CRISPR/Cas system has been proposed, which is capable of binding to target highly conserved regions of the SARS-CoV-2 virus genome. The nucleotide sequence of the guide RNA disclosed herein is selected from the sequences of SEQ ID NOs: 1-4.

Молекула направляющей РНК содержит в своем составе РНК-шпильку, которая распознается РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазой Cas14al из некультивируемого археона.The guide RNA molecule contains a hairpin RNA, which is recognized by the RNA-guided DNA endonuclease Cas14al from the uncultivated archaeon.

Молекула направляющей РНК обеспечивает выявление единичных копий РНК вируса SARS-CoV-2.The guide RNA molecule ensures the detection of single copies of SARS-CoV-2 RNA.

Направляющие РНК, согласно настоящему изобретению, соответствуют высоко консервативным фрагментам генома вируса SARS-CoV-2. Наиболее предпочтительны направляющие РНК, распознающиеся РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазой Cas14a1 из некультивируемого археона, характеризующиеся, имеющие или содержащие нуклеотидную последовательность, выбранную из:The guide RNAs of the present invention correspond to highly conserved fragments of the SARS-CoV-2 virus genome. Most preferred are guide RNAs recognized by the RNA-guided DNA endonuclease Cas14a1 from a non-cultivated archaeon, characterized by having or containing a nucleotide sequence selected from:

• SEQ ID NO: 1;• SEQ ID NO: 1;

• SEQ ID NO: 2;• SEQ ID NO: 2;

• SEQ ID NO: 3;• SEQ ID NO: 3;

• SEQ ID NO: 4;• SEQ ID NO: 4;

• или идентичной любой из них по меньшей мере на 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% или 99%,• or at least 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93 identical to any of them %, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99%,

• или комплементарной любой из них,• or complementary to any of them,

• или гибридизующейся с любой из них в строгих условиях.• or hybridizing with any of them under stringent conditions.

Согласно предложенному изобретению получают рибонуклеопротеиновые комплексы (РПК), состоящие из по меньшей мере одной направляющей РНК и одной РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазы системы CRISPR/Cas (Cas14a1 из некультивируемого археона), пригодные для использования для выявления РНК вируса SARS-CoV-2 в ультранизких концентрациях (единичные копии).According to the proposed invention, ribonucleoprotein complexes (RPK) are obtained, consisting of at least one guide RNA and one RNA-directed DNA endonuclease of the CRISPR/Cas system (Cas14a1 from non-cultivated archaeon), suitable for use to detect SARS-CoV-2 virus RNA in ultra-low concentrations (single copies).

Рибонуклеопротеиновый комплекс системы CRISPR/Cas для выявления РНК вируса SARS-CoV-2, сформированный из одной из РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазы (Cas14a1 из некультивируемого археона), и по меньшей мере одной направляющей РНК.Ribonucleoprotein complex of the CRISPR/Cas system for detection of SARS-CoV-2 virus RNA, formed from one of the RNA-guided DNA endonuclease (Cas14a1 from non-cultivated archaeon) and at least one guide RNA.

Предложенный рибонуклеопротеиновый комплекс системы CRISPR/Cas пригоден для выявления единичных копий РНК вируса S ARS-CoV-2.The proposed ribonucleoprotein complex of the CRISPR/Cas system is suitable for detecting single copies of the S ARS-CoV-2 virus RNA.

Препараты РПК представляют собой растворы, содержащие направляющую РНК, выбранную из SEQ ID NO: 1-4, объединенную с белком системы CRISPR/Cas (Cas14a1 из некультивируемого археона) или лиофильно высушенные РПК.PKK preparations are solutions containing a guide RNA selected from SEQ ID NOs: 1-4 combined with a CRISPR/Cas system protein (Cas14a1 from non-cultivated archaeon) or freeze-dried PKK.

Полученные направляющие РНК могут быть использованы в составе набора для обнаружения РНК вируса SARS-CoV-2, с инструкцией по применению.The resulting guide RNAs can be used as part of a SARS-CoV-2 virus RNA detection kit, with instructions for use.

Набор для обнаружения РНК вируса SARS-CoV-2, может содержать рибонуклеопротеиновый комплекс и инструкцию по применению.A kit for detecting SARS-CoV-2 virus RNA may contain a ribonucleoprotein complex and instructions for use.

При этом по меньшей мере одна направляющая РНК в составе набора может находиться в комплексе с белком системы CRISPR/Cas (Cas14a1 из некультивируемого археона) в одном контейнере или отдельно в разных контейнерах.At the same time, at least one guide RNA in the kit can be complexed with the CRISPR/Cas system protein (Cas14a1 from non-cultivated archaeon) in one container or separately in different containers.

Набор может дополнительно включать компоненты для проведения предварительной амплификации высококонсервативных фрагментов генома вируса SARS-CoV-2, в том числе один или несколько специфических олигонуклеотидов, выбранных из SEQ ID NO: 5-8.The kit may additionally include components for pre-amplification of highly conserved fragments of the SARS-CoV-2 virus genome, including one or more specific oligonucleotides selected from SEQ ID NO: 5-8.

Специфические олигонуклеотиды для проведения предварительной амплификации фрагмента генома вируса SARS-CoV-2, согласно настоящему изобретению, соответствуют высоко консервативным участкам генома вируса SARS-CoV-2. Наиболее предпочтительны олигонуклеотиды, характеризующиеся, имеющие или содержащие нуклеотидную последовательность, выбранную из:Specific oligonucleotides for pre-amplification of a fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus, according to the present invention, correspond to highly conserved regions of the genome of the SARS-CoV-2 virus. Most preferred are oligonucleotides characterized by having or containing a nucleotide sequence selected from:

• SEQ ID NO: 5;• SEQ ID NO: 5;

• SEQ ID NO: 6;• SEQ ID NO: 6;

• SEQ ID NO: 7;• SEQ ID NO: 7;

• SEQ ID NO: 8;• SEQ ID NO: 8;

• или идентичной любой из них по меньшей мере на 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% или 99%,• or at least 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93 identical to any of them %, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99%,

• или комплементарной любой из них,• or complementary to any of them,

или гибридизующейся с любой из них в строгих условиях.or hybridizing with any of them under stringent conditions.

Предложенная технология позволяет определить единичные копии РНК вируса SARS-CoV-2, в биологических образцах пациента, выбранных из жидкости и/или ткани, предположительно содержащих вирус SARS-CoV-2. Биологическим образцом может быть образец крови, сыворотки или плазмы крови, спинномозговой жидкости, клеток крови, слюны, мокроты, лимфоидных тканей, тканей кроветворных органов и других биологических материалов от пациента, которые могут быть использованы для анализа на наличие РНК вируса SARS-CoV-2.The proposed technology makes it possible to determine single copies of SARS-CoV-2 virus RNA in biological samples of a patient selected from fluid and/or tissue suspected to contain the SARS-CoV-2 virus. The biological sample can be a sample of blood, blood serum or plasma, cerebrospinal fluid, blood cells, saliva, sputum, lymphoid tissues, tissues of hematopoietic organs and other biological materials from a patient that can be used to analyze for the presence of SARS-CoV-2 virus RNA .

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1. Визуализация амплифицированного фрагмента генома вируса SARS-CoV-2 (размером 260 п.о.) после предварительной амплификации при помощи электрофореза в агарозном геле, где цифрами 1-8 обозначены:Fig. 1. Visualization of the amplified fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus (260 bp in size) after preliminary amplification by agarose gel electrophoresis, where the numbers 1-8 indicate:

1 - Продукт, полученный в ходе амплификации 2000 фг модельной матрицы pGEM-T-SARS-CoV-2;1 - The product obtained during the amplification of 2000 fg of the pGEM-T-SARS-CoV-2 model matrix;

2 Продукт, полученный в ходе амплификации 200 фг модельной матрицы pGEM-T-SARS-CoV-2;2 Product obtained from amplification of 200 fg of pGEM-T-SARS-CoV-2 model matrix;

3 - Продукт, полученный в ходе амплификации 20 фг модельной матрицы pGEM-T-SARS-CoV-2;3 - The product obtained during the amplification of 20 fg of the pGEM-T-SARS-CoV-2 model matrix;

4 Продукт, полученный в ходе амплификации 2 фг модельной матрицы pGEM-T-SARS-CoV-2;4 Product obtained during the amplification of 2 fg of the pGEM-T-SARS-CoV-2 model matrix;

5 - Продукт, полученный в ходе амплификации 0,2 фг модельной матрицы pGEM-T-SARS-CoV-2;5 - The product obtained during the amplification of 0.2 fg of the pGEM-T-SARS-CoV-2 model matrix;

6 Продукт, полученный в ходе амплификации 0,02 фг модельной матрицы pGEM-T-SARS-CoV-2;6 Product obtained from amplification of 0.02 fg of pGEM-T-SARS-CoV-2 model matrix;

7 - Продукт, полученный в ходе амплификации 0,002 фг модельной матрицы pGEM-T-SARS-CoV-2;7 - The product obtained during the amplification of 0.002 fg of the pGEM-T-SARS-CoV-2 model matrix;

8 Продукт, полученный в ходе амплификации 0,0002 фг модельной матрицы pGEM-T-SARS-CoV-2;8 Product obtained from the amplification of 0.0002 fg of pGEM-T-SARS-CoV-2 model matrix;

9 - отрицательный контроль, не содержащий модельной матрицы pGEM-T-SARS-CoV-2;9 - negative control, not containing the pGEM-T-SARS-CoV-2 model matrix;

Μ - стандарты молекулярных масс: снизу вверх 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 пар нуклеотидов (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, США).Μ - molecular weight standards: from bottom to top 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 bp (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, USA).

Фиг. 2. Профиль флуоресценции в реальном времени при 37°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №135 и белок Cas14a.Fig. 2. Real-time fluorescence profile at 37°C of a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing SARS-CoV-2 crRNA #135 guide RNA and Cas14a protein.

Фиг. 3. Профиль флуоресценции в реальном времени при 37°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №157 и белок Cas14a1.Fig. 3. Real-time fluorescence profile at 37°C of a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing SARS-CoV-2 crRNA #157 guide RNA and Cas14a1 protein.

Фиг. 4. Профиль флуоресценции в реальном времени при 37°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №166 и белок Cas14a1.Fig. 4. Real-time fluorescence profile at 37°C of a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing SARS-CoV-2 crRNA #166 guide RNA and Cas14a1 protein.

Фиг. 5. Профиль флуоресценции в реальном времени при 37°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №215 и белок Cas14a1.Fig. 5. Real-time fluorescence profile at 37°C of a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing SARS-CoV-2 crRNA #215 guide RNA and Cas14a1 protein.

Фиг. 6. Профиль флуоресценции в реальном времени при 46°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №135 и белок Cas14a1.Fig. 6. Real-time fluorescence profile at 46°C of a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing SARS-CoV-2 crRNA #135 guide RNA and Cas14a1 protein.

Фиг. 7. Профиль флуоресценции в реальном времени при 46°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №157 и белок Cas14a1.Fig. 7. Real-time fluorescence profile at 46°C of a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing SARS-CoV-2 crRNA #157 guide RNA and Cas14a1 protein.

Фиг. 8. Профиль флуоресценции в реальном времени при 46°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №166 и белок Cas14a1.Fig. 8. Real-time fluorescence profile at 46°C of a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing SARS-CoV-2 crRNA #166 guide RNA and Cas14a1 protein.

Фиг. 9. Профиль флуоресценции в реальном времени при 46°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №215 и белок Cas14a1.Fig. 9. Real-time fluorescence profile at 46°C of a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing SARS-CoV-2 crRNA #215 guide RNA and Cas14a1 protein.

Фиг. 10. Значения флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) при 37°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими белок Cas14al и направляющие РНК crRNA SARS-CoV-2 №135, crRNA SARS-CoV-2 №157, crRNA SARS-CoV-2 №166, crRNA SARS-CoV-2 №215 соответственно.Fig. 10. Fluorescence values at the endpoint (60 assay cycle, 60 minutes) at 37°C for a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with ribonucleoportein complexes containing the Cas14al protein and guide RNA SARS-CoV-2 crRNA #135, SARS crRNA -CoV-2 #157, SARS-CoV-2 crRNA #166, SARS-CoV-2 crRNA #215, respectively.

Фиг. 11. Значения флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) при 46°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими белок Cas14al и направляющие РНК crRNA SARS-CoV-2 №135, crRNA SARS-CoV-2 №157, crRNA SARS-CoV-2 №166, crRNA SARS-CoV-2 №215 соответственно.Fig. 11. Fluorescence values at the endpoint (60 assay cycle, 60 minutes) at 46°C for a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with ribonucleoportein complexes containing the Cas14al protein and guide RNA SARS-CoV-2 crRNA #135, SARS crRNA -CoV-2 #157, SARS-CoV-2 crRNA #166, SARS-CoV-2 crRNA #215, respectively.

Фиг. 12. Сравнение значений флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) при 37°С и 46°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2, обработанной рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими белок CasHal и направляющие РНК crRNA SARS-CoV-2 №135 (A), crRNA SARS-CoV-2 №157 (Б), crRNA SARS-CoV-2 №166 (В), crRNA SARS-CoV-2 №215 (Г) соответственно.Fig. 12. Comparison of end-point fluorescence values (60 assay cycle, 60 minutes) at 37°C and 46°C for a pre-amplified SARS-CoV-2 target treated with ribonucleoportein complexes containing the CasHal protein and SARS-CoV-2 crRNA guide RNAs #135 (A), SARS-CoV-2 crRNA #157 (B), SARS-CoV-2 crRNA #166 (C), SARS-CoV-2 crRNA #215 (D), respectively.

Фиг. 13. Визуализация продуктов амплификации, полученных в ходе амплификации фрагментов SARS-CoV-2 с использованием 10 клинических образцов, где Μ - стандарты молекулярных масс: снизу вверх 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 пар нуклеотидов (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, США).Fig. Fig. 13. Visualization of amplification products obtained during amplification of SARS-CoV-2 fragments using 10 clinical samples, where Μ - molecular weight standards: from bottom to top 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 , 1200, 1500, 2000, 3000 bp (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, USA).

Фиг. 14. Значения флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) при 46°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2 (10 независимых клинических образцов), обработанной рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими белок Cas14a1 и направляющие РНК crRNA SARS-CoV-2 №135, crRNA SARS-CoV-2 №157, crRNA SARS-CoV-2 №166, crRNA SARS-CoV-2 №215 соответственно.Fig. 14. Endpoint fluorescence values (60 assay cycle, 60 minutes) at 46°C for a pre-amplified SARS-CoV-2 target (10 independent clinical specimens) treated with ribonucleoportein complexes containing Cas14a1 protein and SARS-CoV- crRNA guide RNAs. 2 #135, SARS-CoV-2 crRNA #157, SARS-CoV-2 crRNA #166, SARS-CoV-2 crRNA #215, respectively.

Фиг. 15. Визуализация продуктов амплификации, полученных в ходе амплификации фрагментов SARS-CoV-2 с использованием десятикратных разведений препарата РНК, выделенного из клинического образца пациента, где Μ - стандарты молекулярных масс: снизу вверх 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 пар нуклеотидов (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, США).Fig. 15. Visualization of the amplification products obtained during the amplification of SARS-CoV-2 fragments using tenfold dilutions of the RNA preparation isolated from the patient's clinical sample, where Μ - molecular weight standards: from bottom to top 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 bp (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, USA).

Фиг. 16. Значения флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) при 46°С для предварительно амплифицированной мишени SARS-CoV-2 (десятикратные разведения препарата РНК, выделенного из клинического образца пациента), обработанной рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими белок CasHal и направляющие РНК crRNA SARS-CoV-2 №135, crRNA SARS-CoV-2 №157, crRNA SARS-CoV-2 №166, crRNA SARS-CoV-2 №215 соответственно.Fig. 16. Fluorescence values at the end point (60 assay cycle, 60 minutes) at 46°C for a pre-amplified SARS-CoV-2 target (ten-fold dilutions of an RNA preparation isolated from a clinical patient sample) treated with ribonucleoportein complexes containing CasHal protein and guides SARS-CoV-2 crRNA #135, SARS-CoV-2 crRNA #157, SARS-CoV-2 crRNA #166, SARS-CoV-2 crRNA #215, respectively.

Примеры осуществления изобретенияEXAMPLES OF CARRYING OUT THE INVENTION

ПРИМЕР 1: ПОДБОР ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ-МИШЕНЕЙ В ГЕНОМЕ ВИРУСА SARS-COV-2 ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ РНКEXAMPLE 1: SELECTION OF TARGET SEQUENCES IN THE SARS-COV-2 VIRUS GENOME TO GENERATE GUIDE RNA

Для подбора последовательностей-мишеней в геноме вируса SARS-CoV-2 для создания направляющих РНК были использованы современные алгоритмы in silico анализа нуклеотидных последовательностей и программы, находящиеся в открытом доступе, включая Benchling (https://www.benchling.com/molecular-biology/). Был составлен перечень участков в геноме вируса SARS-CoV-2 с теоретически рассчитанной вероятностью их расщепления в высоко консервативных участках (Таблица 1. Перечень участков генома вируса SARS-CoV-2 с теоретически рассчитанной вероятностью их расщепления Cas14a1 из некультивируемого археона).For the selection of target sequences in the genome of the SARS-CoV-2 virus, modern algorithms for in silico analysis of nucleotide sequences and programs that are in the public domain, including Benchling (https://www.benchling.com/molecular-biology) were used to create guide RNAs. /). A list of regions in the genome of the SARS-CoV-2 virus was compiled with a theoretically calculated probability of their cleavage in highly conserved regions (Table 1. List of regions of the SARS-CoV-2 virus genome with a theoretically calculated probability of their cleavage by Cas14a1 from an uncultivated archaeon).

Figure 00000001
Figure 00000001

Направляющие РНК, специфически узнающие фрагменты в геноме вируса SARS-CoV-2, представлены уникальными последовательностями SEQ ID NO: 1-4.Guide RNAs specifically recognizing fragments in the genome of the SARS-CoV-2 virus are represented by unique sequences of SEQ ID NOs: 1-4.

ПРИМЕР 2: ПОДГОТОВКА МАТЕРИАЛА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ РНК ВИРУСА SARS-COV-2 МЕТОДОМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ АМПЛИФИКАЦИИEXAMPLE 2: PREPARATION OF MATERIAL FOR SARS-COV-2 VIRUS RNA DETECTION BY THE PRE-AMPLIFICATION METHOD

Подготовку материала для обнаружения РНК вируса SARS-CoV-2 проводят методом предварительной амплификации, совмещенной с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР). В качестве модельной матрицы фрагмента генома вируса SARS-CoV-2 биологического образца используют синтетическую РНК, полученную методом in vitro транскрипции. В качестве матрицы для синтеза модельной РНК используют плазмидную ДНК pGEM-T-SARS-CoV-2, содержащую в своем составе фрагмент гена, кодирующего Ε белок вируса SARS-CoV-2 (размером 260 п.о.).Preparation of material for the detection of SARS-CoV-2 virus RNA is carried out by the method of preliminary amplification combined with reverse transcription (RT-PCR). Synthetic RNA obtained by in vitro transcription is used as a model template for a fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus of a biological sample. As a template for the synthesis of model RNA, plasmid DNA pGEM-T-SARS-CoV-2 is used, which contains a fragment of the gene encoding the E protein of the SARS-CoV-2 virus (260 bp in size).

Синтез кДНК фрагмента генома вируса SARS-CoV-2 проводят методом обратной транскрипции с использованием специфического олигонуклеотида E-pr Revl с SEQ ID NO: 6 (Таблица 2. Специфические олигонуклеотиды для предварительной амплификации фрагментов генома вируса SARS-CoV-2) и обратной транскриптазы Superscript™ II (Thermo Fisher Scientific, США) при температуре 42°С.Synthesis of cDNA fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus is carried out by reverse transcription using a specific oligonucleotide E-pr Revl with SEQ ID NO: 6 (Table 2. Specific oligonucleotides for preliminary amplification of fragments of the genome of the SARS-CoV-2 virus) and reverse transcriptase Superscript ™ II (Thermo Fisher Scientific, USA) at 42°С.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Предварительную амплификацию фрагмента генома вируса SARS-CoV-2 проводят с использованием специфических олигонуклеотидов E-pr_For1 и E-pr Rev1 с SEQ ID NO: 5 и SEQ ID NO: 6 соответственно, приведенных в Таблице 2. Специфические олигонуклеотиды для предварительной амплификации фрагментов генома вируса SARS-CoV-2. Продукты амплификации, кодирующие фрагмент генома вируса SARS-CoV-2, получают в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) и специфических олигонуклеотидов (ГенТерра, Россия), перечисленных в Таблица 2. Специфические олигонуклеотиды для предварительной амплификации фрагментов генома вируса SARS-CoV-2. Размер амплифицированных фрагментов составляет 260 пар нуклеотидов. Температурный профиль амплификации:Pre-amplification of a fragment of the SARS-CoV-2 virus genome is carried out using specific oligonucleotides E-pr_For1 and E-pr Rev1 with SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6, respectively, shown in Table 2. Specific oligonucleotides for pre-amplification of virus genome fragments SARS-CoV-2. Amplification products encoding a fragment of the SARS-CoV-2 virus genome are obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) and specific oligonucleotides (GenTerra, Russia) listed in Table 2. Specific oligonucleotides for preliminary amplification of SARS-CoV-2 virus genome fragments. The size of the amplified fragments is 260 base pairs. Temperature profile of amplification:

1. денатурация: 95°С в течение 3 минут;1. denaturation: 95°C for 3 minutes;

2. 35 циклов амплификации: 95°С - 15 сек, 55°С - 45 сек, 72°С - 30 сек;2. 35 amplification cycles: 95°C - 15 sec, 55°C - 45 sec, 72°C - 30 sec;

3. финальная элонгация: 72°С в течение 5 минут.3. final elongation: 72°C for 5 minutes.

В ходе подготовки материала для обнаружения РНК вируса SARS-CoV-2 методом предварительной амплификации, совмещенной с обратной транскрипцией, проводят титрование модельной РНК, синтезированной на матрице pGEM-T-SARS-CoV-2, путем приготовления серийных разведений (Таблица 3. Серийные разведения образцов модельной матрицы, содержащей фрагмент генома вируса S ARS-CoV-2).During the preparation of the material for the detection of SARS-CoV-2 virus RNA by the method of pre-amplification combined with reverse transcription, the model RNA synthesized on the pGEM-T-SARS-CoV-2 matrix is titrated by preparing serial dilutions (Table 3. Serial dilutions samples of a model matrix containing a fragment of the genome of the virus S ARS-CoV-2).

Таблица 3. Серийные разведения образцов модельной РНК-матрицы, содержащей фрагмент генома вируса SARS-CoV-2Table 3. Serial dilutions of model RNA template samples containing a fragment of the SARS-CoV-2 virus genome

Figure 00000004
Figure 00000004

Для оценки эффективности предварительной амплификации полученные продукты, соответствующие фрагменту генома вируса SARS-CoV-2, визуализируют при помощи электрофореза в агарозном геле (Фиг. 1).To assess the efficiency of pre-amplification, the resulting products corresponding to a fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus are visualized using agarose gel electrophoresis (Fig. 1).

Подготовленный описанным способом материал без предварительной очистки используют для экспериментов по выявлению РНК вируса SARS-CoV-2 с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов Cas14a1 из некультивируемого археона, содержащих направляющие РНК с уникальными последовательностями SEQ ID NO: 1-4.The material prepared by the described method without preliminary purification is used for experiments on the detection of SARS-CoV-2 virus RNA using Cas14a1 ribonucleoprotein complexes from non-culturable archaeon containing guide RNAs with unique sequences SEQ ID NO: 1-4.

ПРИМЕР 3: ПОЛУЧЕНИЕ НАПРАВЛЯЮЩИХ РНК И СОЗДАНИЕ РИБОНУКЛЕОПРОТЕИНОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ РНК ВИРУСА SARS-COV-2EXAMPLE 3: PRODUCTION OF GUIDE RNA AND CREATION OF RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEXES FOR SARS-COV-2 VIRUS RNA DETECTION

Для получения направляющих РНК для обнаружения РНК вируса SARS-CoV-2 разработан набор специфических олигонуклеотидов, приведенных в Таблице 4. Специфические олигонуклеотиды для получения ПЦР-продукта, кодирующего направляющие РНК, специфичные к РНК вируса SARS-CoV-2.To obtain guide RNAs for the detection of SARS-CoV-2 virus RNA, a set of specific oligonucleotides has been developed, shown in Table 4. Specific oligonucleotides for obtaining a PCR product encoding guide RNAs specific for SARS-CoV-2 virus RNA.

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Получение направляющих РНК проводят в несколько этапов:Obtaining guide RNA is carried out in several stages:

1. получение ПЦР-продукта с использованием набора специфических олигонуклеотидов (Таблица 4. Специфические олигонуклеотиды для получения ПЦР-продукта, кодирующего направляющие РНК, специфичные к РНК вируса SARS-CoV-2), кодирующего направляющую РНК, способную связываться с целевым фрагментом генома вируса SARS-CoV-2, содержащую РНК-шпильку, которая распознается РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазой Cas14a1 из некультивируемого археона;1. obtaining a PCR product using a set of specific oligonucleotides (Table 4. Specific oligonucleotides for obtaining a PCR product encoding guide RNAs specific to SARS-CoV-2 virus RNA) encoding a guide RNA capable of binding to a target fragment of the SARS virus genome -CoV-2 containing a hairpin RNA that is recognized by RNA-directed DNA endonuclease Cas14a1 from a non-cultivated archaeon;

2. очистка ПЦР-продукта, кодирующего направляющую РНК, специфичную к фрагменту генома вируса SARS-CoV-2;2. purification of a PCR product encoding a guide RNA specific to a fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus;

3. синтез направляющей РНК, специфичной к фрагменту генома вируса SARS-CoV-2;3. synthesis of a guide RNA specific to a fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus;

4. очистка направляющей РНК, специфичной к фрагменту генома вируса SARS-CoV-2.4. Purification of a guide RNA specific to a fragment of the SARS-CoV-2 virus genome.

ПЦР-продукт, кодирующий направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №135, получают в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) и специфических олигонуклеотидов T7pr-tail Cas14a, tailCas14a#2, tailCas14a#3, tailCas14a#4, tailCas14a#5 и tailCas14a#6-crRNA#135 (ГенТерра, Россия). Размер амплифицированного фрагмента, кодирующего crRNA SARS-CoV-2 №135, составляет 247 пары нуклеотидов.The PCR product encoding SARS-CoV-2 crRNA guide RNA No. 135 was obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) and specific oligonucleotides T7pr-tail Cas14a, tailCas14a#2, tailCas14a# 3, tailCas14a#4, tailCas14a#5 and tailCas14a#6-crRNA#135 (GenTerra, Russia). The size of the amplified fragment encoding SARS-CoV-2 crRNA No. 135 is 247 base pairs.

ПЦР-продукт, кодирующий направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №157, получают в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) и специфических олигонуклеотидов T7pr-tail Cas14a, tailCas14a#2, tailCas14a#3, tailCas14a#4, tailCas14a#5 и tailCas14a#6-crRNA#157 (ГенТерра, Россия). Размер амплифицированного фрагмента, кодирующего crRNA SARS-CoV-2 №157, составляет 247 пары нуклеотидов.The PCR product encoding SARS-CoV-2 crRNA guide RNA No. 157 was obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) and specific oligonucleotides T7pr-tail Cas14a, tailCas14a#2, tailCas14a# 3, tailCas14a#4, tailCas14a#5 and tailCas14a#6-crRNA#157 (GenTerra, Russia). The size of the amplified fragment encoding SARS-CoV-2 crRNA No. 157 is 247 base pairs.

ПЦР-продукт, кодирующий направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №166, получают в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) и специфических олигонуклеотидов T7pr-tail Cas14a, tailCas14a#2, tailCas14a#3, tailCas14a#4, tailCas14a#5 и tailCas14a#6-crRNA#166 (ГенТерра, Россия). Размер амплифицированного фрагмента, кодирующего crRNA SARS-CoV-2 №166, составляет 247 пары нуклеотидов.The PCR product encoding SARS-CoV-2 no. 166 crRNA guide RNA is obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) and specific oligonucleotides T7pr-tail Cas14a, tailCas14a#2, tailCas14a# 3, tailCas14a#4, tailCas14a#5 and tailCas14a#6-crRNA#166 (GenTerra, Russia). The size of the amplified fragment encoding SARS-CoV-2 crRNA No. 166 is 247 base pairs.

ПЦР-продукт, кодирующий направляющую РНК crRNA SARS-CoV-2 №215, получают в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) и специфических олигонуклеотидов T7pr-tail Cas14a, tailCas14a#2, tailCas14a#3, tailCas14a#4, tailCas14a#5 и tailCas14a#6-crRNA#215 (ГенТерра, Россия). Размер амплифицированного фрагмента, кодирующего crRNA SARS-CoV-2 №215, составляет 247 пары нуклеотидов.The PCR product encoding SARS-CoV-2 crRNA guide RNA No. 215 was obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) and specific oligonucleotides T7pr-tail Cas14a, tailCas14a#2, tailCas14a# 3, tailCas14a#4, tailCas14a#5 and tailCas14a#6-crRNA#215 (GenTerra, Russia). The size of the amplified fragment encoding SARS-CoV-2 crRNA No. 215 is 247 bp.

Температурный профиль амплификации для получения ПЦР-продуктов, кодирующих направляющие РНК, содержащие РНК-шпильку, которая распознается РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазой Cas14a1 из некультивируемого археона:Amplification temperature profile for obtaining PCR products encoding guide RNAs containing an RNA hairpin that is recognized by the RNA-guided DNA endonuclease Cas14a1 from an uncultured archaeon:

1. денатурация: 95°С в течение 3 минут;1. denaturation: 95°C for 3 minutes;

2. 35 циклов амплификации: 95°С - 15 сек, 55°С - 45 сек, 72°С - 30 сек;2. 35 amplification cycles: 95°C - 15 sec, 55°C - 45 sec, 72°C - 30 sec;

3. финальная элонгация: 72°С в течение 5 минут.3. final elongation: 72°C for 5 minutes.

ПЦР-продукты, кодирующие направляющие РНК, специфичные к фрагменту генома вируса SARS-CoV-2, визуализируют при помощи электрофореза в агарозном геле.PCR products encoding guide RNAs specific for a fragment of the SARS-CoV-2 virus genome are visualized by agarose gel electrophoresis.

Очистку ПЦР-продуктов, кодирующих направляющие РНК, специфичные к фрагменту генома вируса вируса SARS-CoV-2, проводят с использованием коммерчески доступного набора ISOLATE II PCR and Gel Kit (BioLine, США) согласно инструкции производителя. Очищенные ПЦР-продукты, кодирующие направляющие РНК, специфичные к фрагменту генома вируса SARS-CoV-2, используют в качестве матрицы для синтеза направляющих РНК.Purification of PCR products encoding guide RNAs specific to a fragment of the SARS-CoV-2 virus genome is carried out using a commercially available ISOLATE II PCR and Gel Kit (BioLine, USA) according to the manufacturer's instructions. Purified PCR products encoding guide RNAs specific for a fragment of the SARS-CoV-2 virus genome are used as a template for guide RNA synthesis.

Синтез направляющих РНК, специфичных к фрагменту генома вируса SARS-CoV-2, осуществляется методом in vitro транскрипции с использованием коммерчески доступных наборов реагентов (HiScribe™ Т7 High Yield RNA Synthesis Kit, NEB, США) согласно инструкции производителя. Продукты реакции in vitro транскрипции переосаждают из реакционной смеси добавлением хлорида натрия до конечной концентрации 400 mM и равного объема изопропилового спирта. Такие модификации протокола производителя, внесенные авторами, позволяют увеличить выход продукта реакции и получить желаемую концентрацию финального препарата направляющей РНК.Synthesis of guide RNAs specific to a fragment of the SARS-CoV-2 virus genome is carried out by in vitro transcription using commercially available reagent kits (HiScribe™ T7 High Yield RNA Synthesis Kit, NEB, USA) according to the manufacturer's instructions. The reaction products of in vitro transcription are reprecipitated from the reaction mixture by adding sodium chloride to a final concentration of 400 mM and an equal volume of isopropyl alcohol. Such modifications of the manufacturer's protocol introduced by the authors allow increasing the yield of the reaction product and obtaining the desired concentration of the final guide RNA preparation.

Создание готовых рибонуклеопротеиновых комплексов, содержащих белок семейства CRISPR/Cas Cas14a1 из некультивируемого археона, и соответствующую направляющую РНК авторы проводят по стандартному протоколу с некоторыми модификациями (In vitro enzymology of Cas9 // Anders C, Jinek M. Methods Enzymol. 2014;546:1-20. doi: 10.1016/B978-0-12-801185-0.00001-5).The creation of ready-made ribonucleoprotein complexes containing the CRISPR/Cas Cas14a1 family protein from an uncultivated archeon and the corresponding guide RNA is carried out by the authors according to a standard protocol with some modifications (In vitro enzymology of Cas9 // Anders C, Jinek M. Methods Enzymol. 2014;546:1 -20. doi: 10.1016/B978-0-12-801185-0.00001-5).

Непосредственно перед объединением с Cas-белком препарат направляющей РНК (в количестве 250 нг) прогревают при 90°С в течение 5 минут и позволяют медленно остыть до комнатной температуры (инкубация при комнатной температуре не менее 10 минут). Такое прогревание необходимо для формирования корректной конформации шпильки, содержащейся в направляющей РНК. Многие производители коммерческих препаратов Cas-белков пропускают данный этап при подготовке рибонуклеопротеинового комплекса.Immediately before combining with the Cas protein, the guide RNA preparation (250 ng) is heated at 90°C for 5 minutes and allowed to cool slowly to room temperature (incubation at room temperature for at least 10 minutes). Such heating is necessary for the formation of the correct hairpin conformation contained in the guide RNA. Many manufacturers of commercial Cas protein preparations skip this step when preparing the ribonucleoprotein complex.

Для формирования готового рибонуклеопротеинового комплекса 250 нг Cas-белка Cas14a1 из некультивируемого археона и подготовленную соответствующую направляющую РНК смешивают и инкубируют 15 минут при комнатной температуре. Полученный таким способом рибонуклеопротеиновый комплекс готов для выявления фрагментов генома вируса SARS-CoV-2.To form the finished ribonucleoprotein complex, 250 ng of Cas-protein Cas14a1 from uncultivated archaeon and prepared appropriate guide RNA are mixed and incubated for 15 minutes at room temperature. The ribonucleoprotein complex obtained in this way is ready for detection of fragments of the SARS-CoV-2 virus genome.

ПРИМЕР 4: ОБНАРУЖЕНИЕ ЕДИНИЧНЫХ КОПИЙ РНК ВИРУСА SARS-COV-2 С ПОМОЩЬЮ РИБОНУКЛЕОПРОТЕИНОВЫХ КОМПЛЕКСОВ CRISPR/CAS НА ПРИМЕРЕ МОДЕЛЬНОЙ МАТРИЦЫEXAMPLE 4: DETECTION OF SINGLE COPIES OF SARS-COV-2 VIRUS RNA USING CRISPR/CAS RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEXES ON THE EXAMPLE OF A MODEL MATRIX

Предварительно амплифицированный материал, полученный способом, описанным в Примере 2, используют в качестве матрицы для обнаружения РНК вируса SARS-CoV-2 с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas, полученных способом, описанным в Примере 3.The pre-amplified material obtained by the method described in Example 2 is used as a template for the detection of SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes obtained by the method described in Example 3.

Для обнаружения РНК вируса SARS-CoV-2 с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas, содержащих Cas14a1 из некультивируемого археона, готовят реакционную смесь, содержащую следующие компоненты:To detect SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes containing Cas14a1 from uncultivated archaeon, a reaction mixture is prepared containing the following components:

• 10х буфер (200 mM HEPES рН 7,0, 250 Μ NaCl, 100 mM MgC12, 10 mM DTT);• 10x buffer (200 mM HEPES pH 7.0, 250 M NaCl, 100 mM MgC12, 10 mM DTT);

• 250 нг рибонуклеопротеинового комплекса (Cas14a1 из некультивируемого археона и направляющие РНК crRNA SARS-CoV-2 №135, crRNA SARS-CoV-2 №157, crRNA SARS-CoV-2 №166, crRNA SARS-CoV-2 №215);• 250 ng of ribonucleoprotein complex (Cas14a1 from non-cultivated archaeon and guide RNAs SARS-CoV-2 crRNA #135, SARS-CoV-2 crRNA #157, SARS-CoV-2 crRNA #166, SARS-CoV-2 crRNA #215);

• 10 pmol флуоресцентный зонд (FAM-TTT-TTT-TTT-TTT-BHQ1);• 10 pmol fluorescent probe (FAM-TTT-TTT-TTT-TTT-BHQ1);

• Мишень (предварительно амплифицированный фрагмент генома вируса вируса SARS-CoV-2);• Target (preliminarily amplified fragment of the SARS-CoV-2 virus genome);

• вода mQ.• mQ water.

Реакционные смеси, содержащие все необходимые компоненты, помещают в амплификатор QuantStudio 5 (Thermo Fisher Scientific, США) и задают следующие параметры реакции:The reaction mixtures containing all the necessary components are placed in a QuantStudio 5 cycler (Thermo Fisher Scientific, USA) and the following reaction parameters are set:

60 циклов:60 cycles:

37°С - 35 сек,37°С - 35 sec,

37°С - 25 сек, съемка флуоресценции; или37°C - 25 sec, fluorescence recording; or

60 циклов:60 cycles:

46°С - 35 сек,46°С - 35 sec,

46°С - 25 сек, съемка флуоресценции.46°C - 25 sec, fluorescence imaging.

В первую очередь были проведены эксперименты по обнаружению единичных копий РНК вируса SARS-CoV-2 с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas, сформированных на основе Cas14a1 из некультивируемого археона, с использованием в качестве мишени модельной РНК, синтезированной на основе плазмидной ДНК pGEM-T-SARS-CoV-2, содержащей в своем составе фрагмент геном вируса SARS-CoV-2 размером 260 п. о. Было показано, что рибонуклеопротеиновые комплексы CRISPR/Cas обладают способностью выявлять единичные копии РНК вируса SARS-CoV-2. Типичные результаты анализа, проведенного при 37°С, приведены на примерах профилей флуоресценции в реальном времени для предварительно амплифицированных фрагментов, обработанных рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими направляющие crRNA SARS-CoV-2 №135 или crRNA SARS-CoV-2 №157 или crRNA SARS-CoV-2 №166 или crRNA SARS-CoV-2 №215 и белок Cas14a1, на Фиг. 2-5 соответственно. Отметим, что значение сигнала, полученного в ходе детекции единичных копий (1,64 копий/реакция) РНК вируса SARS-CoV-2, превышало значение «шума» (неспецифической флуоресценции контрольного образца, не содержащего последовательности-мишени) более чем в 5 раз в среднем на 7-м цикле анализа (7 минут).First of all, experiments were carried out to detect single copies of SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from an uncultivated archeon, using as a target a model RNA synthesized on the basis of plasmid DNA pGEM-T- SARS-CoV-2, which contains a fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus with a size of 260 bp. CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes have been shown to be able to detect single copies of SARS-CoV-2 virus RNA. Representative results of analysis performed at 37°C are shown using examples of real-time fluorescence profiles of pre-amplified fragments treated with ribonucleoportein complexes containing SARS-CoV-2 crRNA #135 or SARS-CoV-2 crRNA #157 or SARS- CoV-2 #166 or SARS-CoV-2 crRNA #215 and Cas14a1 protein, in Fig. 2-5 respectively. Note that the value of the signal obtained during the detection of single copies (1.64 copies/reaction) of SARS-CoV-2 virus RNA exceeded the “noise” value (nonspecific fluorescence of a control sample that did not contain the target sequence) by more than 5 times on average at the 7th analysis cycle (7 minutes).

Типичные результаты анализа, проведенного при 46°С, приведены на примерах профилей флуоресценции в реальном времени для предварительно амплифицированных фрагментов, обработанных рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими направляющие crRNA SARS-CoV-2 №135 или crRNA SARS-CoV-2 №157 или crRNA SARS-CoV-2 №166 или crRNA SARS-CoV-2 №215 и белок Cas14a1, на Фиг. 6-9 соответственно. Отметим, что значение сигнала, полученного в ходе детекции единичных копий (1,64 копий/реакция) РНК вируса SARS-CoV-2, превышало значение «шума» (неспецифической флуоресценции контрольного образца, не содержащего последовательности-мишени) более чем в 5 раз в среднем на 9-ом цикле анализа (9 минут).Representative results of analysis performed at 46°C are shown using examples of real-time fluorescence profiles of pre-amplified fragments treated with ribonucleoportein complexes containing SARS-CoV-2 #135 crRNA or SARS-CoV-2 #157 crRNA or SARS- CoV-2 #166 or SARS-CoV-2 crRNA #215 and Cas14a1 protein, in Fig. 6-9 respectively. Note that the value of the signal obtained during the detection of single copies (1.64 copies/reaction) of SARS-CoV-2 virus RNA exceeded the “noise” value (nonspecific fluorescence of a control sample that did not contain the target sequence) by more than 5 times on average on the 9th analysis cycle (9 minutes).

В ходе работ была оценена эффективность выявления единичных копий генома вируса SARS-CoV-2, содержащегося в составе модельной РНК матрицы, с использованием различных направляющих РНК при 37°С (Фиг. 10). Было показано, что рибонуклеопротеиновые комплексы CRISPR/Cas, сформированные на основе Cas14a1 из некультивируемого археона и направляющих РНК, выявляют единичные копии генома вируса SARS-CoV-2 с различной эффективностью, и их можно расположить в следующем порядке по уменьшению активности: crRNA SARS-CoV-2 №215>crRNA SARS-CoV-2 №166>crRNA SARS-CoV-2 №135>crRNA SARS-CoV-2 №157.In the course of the work, the efficiency of detecting single copies of the SARS-CoV-2 virus genome contained in the model RNA matrix was evaluated using various guide RNAs at 37°C (Fig. 10). It has been shown that CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from an uncultivated archeon and guide RNAs detect single copies of the SARS-CoV-2 virus genome with varying efficiency, and they can be arranged in the following order of decreasing activity: SARS-CoV crRNA -2 #215>crRNA SARS-CoV-2 #166>crRNA SARS-CoV-2 #135>crRNA SARS-CoV-2 #157.

В ходе работ также была оценена эффективность выявления единичных копий генома вируса SARS-CoV-2, содержащегося в составе модельной РНК матрицы, с использованием различных направляющих РНК при 46°С (Фиг. 11). Было показано, что рибонуклеопротеиновые комплексы CRISPR/Cas, сформированные на основе Cas14a1 из некультивируемого археона и направляющих РНК, выявляют единичные копии генома вируса SARS-CoV-2 с различной эффективностью, и их можно расположить в следующем порядке по уменьшению активности: crRNA SARS-CoV-2 №215>crRNA SARS-CoV-2 №166>crRNA SARS-CoV-2 №135>crRNA SARS-CoV-2 №157.In the course of the work, the efficiency of detecting single copies of the SARS-CoV-2 virus genome contained in the model RNA matrix was also evaluated using various guide RNAs at 46°C (Fig. 11). It has been shown that CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from an uncultivated archeon and guide RNAs detect single copies of the SARS-CoV-2 virus genome with varying efficiency, and they can be arranged in the following order of decreasing activity: SARS-CoV crRNA -2 #215>crRNA SARS-CoV-2 #166>crRNA SARS-CoV-2 #135>crRNA SARS-CoV-2 #157.

Также в ходе проведенных экспериментов было показано, что выявление единичных копий генома вируса SARS-CoV-2, содержащегося в составе модельной РНК матрицы, с использованием рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas, сформированных на основе Cas14a1 из некультивируемого археона и направляющих РНК, проходит эффективнее при температуре 46°С (Фиг. 12).Also, in the course of the experiments, it was shown that the detection of single copies of the SARS-CoV-2 virus genome contained in the model RNA matrix using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from an uncultivated archeon and guide RNAs is more efficient at a temperature 46°C (Fig. 12).

ПРИМЕР 5: ОБНАРУЖЕНИЕ ЕДИНИЧНЫХ КОПИЙ РНК ВИРУСА SARS-COV-2 С ПОМОЩЬЮ РИБОНУКЛЕОПРОТЕИНОВЫХ КОМПЛЕКСОВ CRISPR/CAS НА ОГРАНИЧЕННОЙ ПАНЕЛИ КЛИНИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВEXAMPLE 5: DETECTION OF SINGLE COPIES OF SARS-COV-2 VIRUS RNA USING CRISPR/CAS RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEXES IN A LIMITED PANEL OF CLINICAL SPECIMENS

Разработанные направляющие РНК были апробированы на ограниченной панели клинических образцов (10 шт. ), содержащих вирус SARS-CoV-2 (ранее подтверждено с помощью ПЦР в реальном времени).The developed guide RNAs were tested on a limited panel of clinical samples (10 pcs.) containing the SARS-CoV-2 virus (previously confirmed by real-time PCR).

Для обнаружения единичных копий РНК вируса SARS-CoV-2 с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas, сформированных на основе Cas14a1 из некультивируемого археона и соответствующих направляющих РНК, была проведена предварительная амплификация фрагментов генома вируса SARS-CoV-2. Для проведения предварительной амплификации из клинических образцов 10 пациентов с помощью коммерчески доступного набора «РИБО-преп» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) согласно инструкции производителя были выделены препараты РНК.To detect single copies of SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from uncultivated archaeon and corresponding guide RNAs, preliminary amplification of fragments of the SARS-CoV-2 virus genome was carried out. For preliminary amplification, RNA preparations were isolated from clinical samples of 10 patients using a commercially available RIBO-prep kit (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) according to the manufacturer's instructions.

Продукты амплификации, кодирующие фрагменты генома вируса SARS-CoV-2, получают в реакции амплификации как описано в Примере 2, применяя описанный температурный профиль и продолжительность реакции амплификации. Для оценки эффективности предварительной амплификации полученные продукты, соответствующие фрагменту генома вируса SARS-CoV-2, визуализируют при помощи электрофореза в агарозном геле (Фиг. 13).Amplification products encoding fragments of the genome of the SARS-CoV-2 virus are obtained in the amplification reaction as described in Example 2, using the described temperature profile and duration of the amplification reaction. To assess the efficiency of pre-amplification, the resulting products corresponding to a fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus are visualized using agarose gel electrophoresis (Fig. 13).

Полученный таким способом материал используют в качестве матрицы для обнаружения единичных копий РНК вируса SARS-CoV-2 с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas, полученных способом, описанным в Примере 3.The material obtained in this way is used as a template for the detection of single copies of SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes obtained by the method described in Example 3.

Обнаружение единичных копий РНК вируса SARS-CoV-2 с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas проводят способом, описанным в Примере 4.Detection of single copies of SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes is carried out by the method described in Example 4.

В ходе проведенного анализа было показано, что рибонуклеопротеиновые комплексы CRISPR/Cas, сформированные на основе Cas14a1 из некультивируемого археона и соответствующих направляющих РНК, обладают способностью ультра чувствительно выявлять фрагменты вируса SARS-CoV-2 в препаратах РНК, выделенных из клинических образцов. При этом рибонуклеопротеиновые комплексы CRISPR/Cas, сформированные на основе Cas14a1 из некультивируемого археона и направляющих РНК, обладают различной эффективностью, и их можно расположить в следующем порядке по уменьшению активности: crRNA SARS-CoV-2 №215>crRNA SARS-CoV-2 №166>crRNA SARS-CoV-2 №135>crRNA SARS-CoV-2 №157. Стоит отметить, что значение сигнала, полученного в ходе детекции единичных копий (1,64 копий/реакция) РНК вируса SARS-CoV-2 с применением рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas, сформированных на основе Cas14a1 из некультивируемого археона и направляющих РНК crRNA SARS-CoV-2 №135 и crRNA SARS-CoV-2 №157, превышало значение «шума» (неспецифической флуоресценции контрольного образца, не содержащего последовательности-мишени) более чем в 5 раз в среднем на 30-м цикле анализа (30 минут). Значение сигнала, полученного в ходе детекции единичных копий (1,64 копий/реакция) РНК вируса SARS-CoV-2 с применением рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas, сформированных на основе Cas14a1 из некультивируемого археона и направляющих РНК crRNA SARS-CoV-2 №215 и crRNA SARS-CoV-2 №166, превышало значение «шума» (неспецифической флуоресценции контрольного образца, не содержащего последовательности-мишени) более чем в 5 раз в среднем на 5-м цикле анализа (5 минут) и более чем в 50 раз в среднем на 42-м цикле (42 минуты). На Фиг. 14 приведены типичные результаты анализа на примерах значений флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) для предварительно амплифицированных мишеней фрагментов генома вируса SARS-CoV-2 (10 независимых клинических образцов), обработанных рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими направляющие РНК crRNA SARS-CoV-2 №135 или crRNA SARS-CoV-2 №157 или crRNA SARS-CoV-2 №166 или crRNA SARS-CoV-2 №215 и белок Cas14a1 из некультивируемого археона.The analysis showed that CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from an uncultivated archaeon and the corresponding guide RNAs have the ability to ultra-sensitively detect fragments of the SARS-CoV-2 virus in RNA preparations isolated from clinical samples. At the same time, CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from an uncultivated archaeon and guide RNAs have different efficiencies, and they can be arranged in the following order in order of decreasing activity: SARS-CoV-2 crRNA #215 > SARS-CoV-2 crRNA # 166>crRNA SARS-CoV-2 #135>crRNA SARS-CoV-2 #157. It should be noted that the value of the signal obtained during the detection of single copies (1.64 copies/reaction) of SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from uncultivated archeon and SARS-CoV crRNA guide RNAs -2 No. 135 and crRNA SARS-CoV-2 No. 157, exceeded the “noise” value (non-specific fluorescence of a control sample that does not contain a target sequence) by more than 5 times on average at the 30th analysis cycle (30 minutes). The value of the signal obtained during the detection of single copies (1.64 copies/reaction) of SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from a non-cultivated archeon and SARS-CoV-2 crRNA guide RNA No. 215 and crRNA SARS-CoV-2 No. 166, exceeded the “noise” value (non-specific fluorescence of a control sample that does not contain a target sequence) by more than 5 times on average at the 5th analysis cycle (5 minutes) and more than 50 times on average on the 42nd cycle (42 minutes). On FIG. Figure 14 shows typical assay results using examples of endpoint fluorescence values (60 assay cycle, 60 minutes) for pre-amplified targets of SARS-CoV-2 virus genome fragments (10 independent clinical specimens) treated with ribonucleoportein complexes containing SARS-CoV crRNA guide RNAs. -2 #135 or SARS-CoV-2 crRNA #157 or SARS-CoV-2 crRNA #166 or SARS-CoV-2 crRNA #215 and Cas14a1 protein from uncultured archaeon.

В заключение были проведены эксперименты по выявлению РНК вируса SARS-CoV-2 в последовательных разведениях препарата РНК, выделенного из клинического образца пациента. Для этого были подготовлены серийные десятикратные разведения препарата РНК от 1:10 до 1:100000000 (Таблица 5. Серийные разведения РНК вируса SARS-CoV-2, выделенной из клинического образца).In conclusion, experiments were carried out to detect SARS-CoV-2 virus RNA in serial dilutions of an RNA preparation isolated from a patient's clinical sample. For this, serial tenfold dilutions of the RNA preparation from 1:10 to 1:100000000 were prepared (Table 5. Serial dilutions of SARS-CoV-2 virus RNA isolated from a clinical sample).

Figure 00000007
Figure 00000007

Продукты амплификации, кодирующие фрагменты генома вируса SARS-CoV-2, получают в реакции амплификации как описано в Примере 2, применяя описанный температурный профиль и продолжительность реакции амплификации.Amplification products encoding fragments of the genome of the SARS-CoV-2 virus are obtained in the amplification reaction as described in Example 2, using the described temperature profile and duration of the amplification reaction.

Для оценки эффективности предварительной амплификации полученные продукты, соответствующие фрагменту генома вируса SARS-CoV-2, визуализируют при помощи электрофореза в агарозном геле (Фиг. 15).To assess the efficiency of pre-amplification, the resulting products corresponding to a fragment of the genome of the SARS-CoV-2 virus are visualized using agarose gel electrophoresis (Fig. 15).

Полученный таким способом материал используют в качестве матрицы для обнаружения единичных копий РНК вируса SARS-CoV-2 с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas, полученных способом, описанным в Примере 3.The material obtained in this way is used as a template for the detection of single copies of SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes obtained by the method described in Example 3.

Обнаружение РНК вируса SARS-CoV-2 с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas проводят способом, описанным в Примере 4.Detection of SARS-CoV-2 virus RNA using CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes is carried out by the method described in Example 4.

В ходе проведенного анализа было показано, что рибонуклеопротеиновые комплексы CRISPR/Cas, сформированные на основе Cas14a1 из некультивируемого археона и соответствующих направляющих РНК, обладают способностью выявлять РНК вируса SARS-CoV-2 в препарате РНК, разведенном в 100000000 раз. При этом при использовании направляющей РНК crRNA SARS-CoV-2 №215, обладающей наибольшей эффективностью, значение сигнала превышало значение «шума» (неспецифической флуоресценции контрольного образца, не содержащего мишени) в 9 раз. На Фиг. 16 приведены типичные результаты анализа на примерах значений флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) для предварительно амплифицированных мишеней фрагментов генома вируса SARS-CoV-2 (десятикратные разведения препарата РНК, выделенного из клинического образца пациента), обработанных рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими направляющие РНК crRNA SARS-CoV-2 №135 или crRNA SARS-CoV-2 №157 или crRNA SARS-CoV-2 №166 или crRNA SARS-CoV-2 №215 и белок Cas14a1 из некультивируемого археона.The analysis showed that CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of Cas14a1 from an uncultivated archaeon and corresponding guide RNAs are able to detect SARS-CoV-2 virus RNA in an RNA preparation diluted 100,000,000 times. At the same time, when using the guide RNA crRNA SARS-CoV-2 No. 215, which has the highest efficiency, the signal value exceeded the “noise” value (nonspecific fluorescence of the control sample that did not contain the target) by 9 times. On FIG. Figure 16 shows typical assay results using examples of endpoint fluorescence values (60 assay cycle, 60 minutes) for pre-amplified targets of SARS-CoV-2 virus genome fragments (ten-fold dilutions of an RNA preparation isolated from a patient clinical sample) treated with ribonucleoportein complexes containing guide RNA SARS-CoV-2 crRNA #135 or SARS-CoV-2 crRNA #157 or SARS-CoV-2 crRNA #166 or SARS-CoV-2 crRNA #215 and Cas14a1 protein from uncultured archaeon.

Таким образом, разработанные направляющие РНК позволяют в составе рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR/Cas системы CRISPR-Cas14 ультрачувствительно выявлять единичные копии РНК вируса SARS-CoV-2 в реакции после предварительной амплификации в препаратах РНК (в том числе разведенных в 100000000 раз), выделенных из клинических образцов, содержащих вирус SARS-CoV-2.Thus, the developed guide RNAs make it possible, as part of the CRISPR/Cas ribonucleoprotein complexes of the CRISPR-Cas14 system, to detect ultrasensitively single copies of SARS-CoV-2 virus RNA in the reaction after preliminary amplification in RNA preparations (including diluted 100,000,000 times) isolated from clinical trials. samples containing the SARS-CoV-2 virus.

--->--->

Перечень последовательностейSequence listing

<110> ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора<110> FBUN Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor

<120><120>

<160> NUMBER OF SEQ ID NO: NOS: 8<160> NUMBER OF SEQ ID NO: NOS: 8

<210> SEQ ID NO: NO 1<210> SEQ ID NO: NO 1

<211> 225<211> 225

<212> RNA<212>RNA

<213> artificial<213> artificial

<400> SEQUENCE 1 (crRNA SARS-CoV-2 №135):<400> SEQUENCE 1 (crRNA SARS-CoV-2 #135):

ggg cuu cac uga uaa agu gga gaa ccg cuu cac caa 36ggg cuu cac uga uaa agu gga gaa ccg cuu cac caa 36

aag cug ucc cuu agg gga uua gaa cuu gag uga agg 72aag cug ucc cuu agg gga uua gaa cuu gag uga agg 72

ugg gcu gcu ugc auc agc cua aug ucg aga agu gcu 108ugg gcu gcu ugc auc agc cua aug ucg aga agu gcu 108

uuc uuc gga aag uaa ccc ucg aaa caa auu cau uuu 144uuc uuc gga aag uaa ccc ucg aaa caa auu cau uuu 144

ucc ucu cca auu cug cac aag aaa guu gca gaa ccc 180ucc ucu cca auu cug cac aag aaa guu gca gaa ccc 180

gaa uag acg aau gaa gga aug caa cca aga cuc acg 216gaa uag acg aau gaa gga aug caa cca aga cuc acg 216

uua aca aua 225uua aca aua 225

<210> SEQ ID NO: NO 2<210> SEQ ID NO: NO 2

<211> 225<211> 225

<212> RNA<212>RNA

<213> artificial<213> artificial

<400> SEQUENCE 2 (crRNA SARS-CoV-2 №157):<400> SEQUENCE 2 (crRNA SARS-CoV-2 #157):

ggg cuu cac uga uaa agu gga gaa ccg cuu cac caa 36ggg cuu cac uga uaa agu gga gaa ccg cuu cac caa 36

aag cug ucc cuu agg gga uua gaa cuu gag uga agg 72aag cug ucc cuu agg gga uua gaa cuu gag uga agg 72

ugg gcu gcu ugc auc agc cua aug ucg aga agu gcu 108ugg gcu gcu ugc auc agc cua aug ucg aga agu gcu 108

uuc uuc gga aag uaa ccc ucg aaa caa auu cau uuu 144uuc uuc gga aag uaa ccc ucg aaa caa auu cau uuu 144

ucc ucu cca auu cug cac aag aaa guu gca gaa ccc 180ucc ucu cca auu cug cac aag aaa guu gca gaa ccc 180

gaa uag acg aau gaa gga aug caa ccg uuu acu cuc 216gaa uag acg aau gaa gga aug caa ccg uuu acu cuc 216

gug uua aaa 225gug uua aaa 225

<210> SEQ ID NO: NO 3<210> SEQ ID NO: NO 3

<211> 225<211> 225

<212> RNA<212>RNA

<213> artificial<213> artificial

<400> SEQUENCE 3 (crRNA SARS-CoV-2 №166):<400> SEQUENCE 3 (crRNA SARS-CoV-2 #166):

ggg cuu cac uga uaa agu gga gaa ccg cuu cac caa 36ggg cuu cac uga uaa agu gga gaa ccg cuu cac caa 36

aag cug ucc cuu agg gga uua gaa cuu gag uga agg 72aag cug ucc cuu agg gga uua gaa cuu gag uga agg 72

ugg gcu gcu ugc auc agc cua aug ucg aga agu gcu 108ugg gcu gcu ugc auc agc cua aug ucg aga agu gcu 108

uuc uuc gga aag uaa ccc ucg aaa caa auu cau uuu 144uuc uuc gga aag uaa ccc ucg aaa caa auu cau uuu 144

ucc ucu cca auu cug cac aag aaa guu gca gaa ccc 180ucc ucu cca auu cug cac aag aaa guu gca gaa ccc 180

gaa uag acg aau gaa gga aug caa cac acg aga gua 216gaa uag acg aau gaa gga aug caa cac acg aga gua 216

aac gua aaa 225aac gua aaa 225

<210> SEQ ID NO: NO 4<210> SEQ ID NO: NO 4

<211> 225<211> 225

<212> RNA<212>RNA

<213> artificial<213> artificial

<400> SEQUENCE 4 (crRNA SARS-CoV-2 №215):<400> SEQUENCE 4 (crRNA SARS-CoV-2 #215):

ggg cuu cac uga uaa agu gga gaa ccg cuu cac caa 36ggg cuu cac uga uaa agu gga gaa ccg cuu cac caa 36

aag cug ucc cuu agg gga uua gaa cuu gag uga agg 72aag cug ucc cuu agg gga uua gaa cuu gag uga agg 72

ugg gcu gcu ugc auc agc cua aug ucg aga agu gcu 108ugg gcu gcu ugc auc agc cua aug ucg aga agu gcu 108

uuc uuc gga aag uaa ccc ucg aaa caa auu cau uuu 144uuc uuc gga aag uaa ccc ucg aaa caa auu cau uuu 144

ucc ucu cca auu cug cac aag aaa guu gca gaa ccc 180ucc ucu cca auu cug cac aag aaa guu gca gaa ccc 180

gaa uag acg aau gaa gga aug caa cgu ucg uuu aga 216gaa uag acg aau gaa gga aug caa cgu ucg uuu aga 216

cca gaa gau 225cca gaa gau 225

<210> SEQ ID NO: NO 5<210> SEQ ID NO: NO 5

<211> 32<211> 32

<212> DNA<212> DNA

<213> artificial<213> artificial

<400> SEQUENCE 5 (E-pr_For1):<400> SEQUENCE 5 (E-pr_For1):

gga aga gac agg tac gtt aat agt taa tag cg 32gga aga gac agg tac gtt aat agt taa tag cg 32

<210> SEQ ID NO: NO 6<210> SEQ ID NO: NO 6

<211> 37<211> 37

<212> DNA<212> DNA

<213> artificial<213> artificial

<400> SEQUENCE 6 (E-pr_Rev1):<400> SEQUENCE 6 (E-pr_Rev1):

gct aaa att aaa gtt cca aac aga aaa act aat ata a 37gct aaa att aaa gtt cca aac aga aaa act aat ata a 37

<210> SEQ ID NO: NO 7<210> SEQ ID NO: NO 7

<211> 34<211> 34

<212> DNA<212> DNA

<213> artificial<213> artificial

<400> SEQUENCE 7 (E-pr_For2):<400> SEQUENCE 7 (E-pr_For2):

cgt taa tag tta ata gcg tac ttc ttt ttc ttg c 34cgt taa tag tta ata gcg tac ttc ttt ttc ttg c 34

<210> SEQ ID NO: NO 8<210> SEQ ID NO: NO 8

<211> 34<211> 34

<212> DNA<212> DNA

<213> artificial<213> artificial

<400> SEQUENCE 8 (E-pr_Rev2):<400> SEQUENCE 8 (E-pr_Rev2):

gct aaa att aaa gtt cca aac aga aaa act aat a 34gct aaa att aaa gtt cca aac aga aaa act aat a 34

<---<---

Claims (19)

1. Молекула направляющей РНК системы CRISPR/Cas, которая способна связываться с целевыми высококонсервативными участками генома вируса SARS-CoV-2, где нуклеотидная последовательность направляющей РНК выбрана из последовательностей SEQ ID NO: 1-4. 1. A guide RNA molecule of the CRISPR/Cas system that is capable of binding to target highly conserved regions of the SARS-CoV-2 virus genome, where the nucleotide sequence of the guide RNA is selected from the sequences of SEQ ID NOs: 1-4. 2. Молекула направляющей РНК по п.1, отличающаяся тем, что содержит в своем составе РНК-шпильку, которая распознается РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазой Cas14a1 из некультивируемого археона.2. The guide RNA molecule according to claim 1, characterized in that it contains an RNA hairpin, which is recognized by the RNA-directed DNA endonuclease Cas14a1 from an uncultivated archaeon. 3. Молекула направляющей РНК по пп.1, 2, отличающаяся тем, что обеспечивает выявление единичных копий РНК вируса SARS-CoV-2.3. The guide RNA molecule according to claims 1, 2, characterized in that it ensures the detection of single copies of the RNA of the SARS-CoV-2 virus. 4. Рибонуклеопротеиновый комплекс системы CRISPR/Cas для выявления РНК вируса SARS-CoV-2, сформированный из РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазы Cas14a1 из некультивируемого археона и по меньшей мере одной из направляющих РНК из пп. 1-3.4. The ribonucleoprotein complex of the CRISPR/Cas system for detecting RNA of the SARS-CoV-2 virus, formed from the RNA-guided Cas14a1 DNA endonuclease from a non-culturable archaeon and at least one of the guide RNAs from paragraphs. 1-3. 5. Рибонуклеопротеиновый комплекс системы CRISPR/Cas по п.4, пригодный для выявления единичных копий РНК вируса SARS-CoV-2.5. Ribonucleoprotein complex of the CRISPR/Cas system according to claim 4, suitable for detecting single copies of SARS-CoV-2 virus RNA. 6. Набор для обнаружения РНК вируса SARS-CoV-2, содержащий 6. SARS-CoV-2 virus RNA detection kit containing (i) (a) молекулу направляющей РНК системы CRISPR/Cas по любому из пп.1-3 и направляемую ДНК-эндонуклеазу Cas14a1 из некультивируемого археона; (i) (a) a CRISPR/Cas guide RNA molecule according to any one of claims 1 to 3 and Cas14a1 guided DNA endonuclease from a non-cultivated archaeon; илиor (i) (b) рибонуклеопротеиновый комплекс по любому из пп.4, 5,(i) (b) a ribonucleoprotein complex according to any one of claims 4, 5, иand (ii) инструкцию по применению.(ii) instructions for use. 7. Набор для обнаружения РНК вируса SARS-CoV-2, содержащий 7. SARS-CoV-2 virus RNA detection kit containing (i) (a) молекулу направляющей РНК системы CRISPR/Cas по любому из пп.1-3 и направляемую ДНК-эндонуклеазу Cas14a1 из некультивируемого археона; (i) (a) a CRISPR/Cas guide RNA molecule according to any one of claims 1 to 3 and Cas14a1 guided DNA endonuclease from a non-cultivated archaeon; илиor (i) (b) рибонуклеопротеиновый комплекс по любому из пп.4, 5;(i) (b) a ribonucleoprotein complex according to any one of claims 4, 5; иand (ii) один или несколько специфических олигонуклеотидов, выбранных из SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7 и SEQ ID NO: 8, (ii) one or more specific oligonucleotides selected from SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8, и and (iii) инструкцию по применению.(iii) instructions for use.
RU2021128589A 2021-09-30 2021-09-30 CRISPR-CAS14 SYSTEM FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA AT ULTRA-LOW CONCENTRATIONS RU2764020C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021128589A RU2764020C1 (en) 2021-09-30 2021-09-30 CRISPR-CAS14 SYSTEM FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA AT ULTRA-LOW CONCENTRATIONS
PCT/RU2022/050165 WO2023055255A1 (en) 2021-09-30 2022-05-24 Crispr-cas14 system for detecting sars-cov-2 virus rna at ultra-low concentrations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021128589A RU2764020C1 (en) 2021-09-30 2021-09-30 CRISPR-CAS14 SYSTEM FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA AT ULTRA-LOW CONCENTRATIONS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2764020C1 true RU2764020C1 (en) 2022-01-12

Family

ID=80040285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021128589A RU2764020C1 (en) 2021-09-30 2021-09-30 CRISPR-CAS14 SYSTEM FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA AT ULTRA-LOW CONCENTRATIONS

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2764020C1 (en)
WO (1) WO2023055255A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2707542C1 (en) * 2019-03-28 2019-11-27 Федеральное бюджетное учреждение науки "Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора) METHOD OF PRODUCING A RECOMBINANT NUCLEASE CAS ESSENTIALLY FREE OF BACTERIAL ENDOTOXINS, THE PREPARATION OBTAINED BY THIS METHOD AND CONTAINING A KIT FOR USE IN A CRISPR/Cas SYSTEM

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2707542C1 (en) * 2019-03-28 2019-11-27 Федеральное бюджетное учреждение науки "Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора) METHOD OF PRODUCING A RECOMBINANT NUCLEASE CAS ESSENTIALLY FREE OF BACTERIAL ENDOTOXINS, THE PREPARATION OBTAINED BY THIS METHOD AND CONTAINING A KIT FOR USE IN A CRISPR/Cas SYSTEM

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BROUGHTON J.P. et al. CRISPR-Cas12-based detection of SARS-CoV-2. Nat Biotechnol 38, 870-874 (2020). https://doi.org/10.1038/s41587-020-0513-4 Найдено онлайн: https://www.nature.com/articles/s41587-020-0513-4 Дата обращения 15.12.2021. *
GUO L. et al. SARS-CoV-2 detection with CRISPR diagnostics. Cell Discov. 2020;6:34. Published 2020 May 19. doi:10.1038/s41421-020-0174-y Найдено онлайн: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7235268/ Дата обращения 15.12.2021. *
GUO L. et al. SARS-CoV-2 detection with CRISPR diagnostics. Cell Discov. 2020;6:34. Published 2020 May 19. doi:10.1038/s41421-020-0174-y Найдено онлайн: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7235268/ Дата обращения 15.12.2021. BROUGHTON J.P. et al. CRISPR-Cas12-based detection of SARS-CoV-2. Nat Biotechnol 38, 870-874 (2020). https://doi.org/10.1038/s41587-020-0513-4 Найдено онлайн: https://www.nature.com/articles/s41587-020-0513-4 Дата обращения 15.12.2021. HARRINGTON L.B. et al. Programmed DNA destruction by miniature CRISPR-Cas14 enzymes. Science. 2018; 362(6416):839-842. doi: 10.1126/science.aav4294 Найдено онлайн: https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.aav4294 Дата обращения 15.12.2021. XIAO R. et al. Structural basis for substrate recognition and cleavage by the dimerization-dependent CRISPR-Cas12f nuclease, Nucleic Acids Research, Volume 49, Issue 7, 19 April 2021, Pages 4120-4128, https://doi.org/10.1093/nar/gkab179 Найдено онлайн: https://academic.oup.com/nar/ *
HARRINGTON L.B. et al. Programmed DNA destruction by miniature CRISPR-Cas14 enzymes. Science. 2018; 362(6416):839-842. doi: 10.1126/science.aav4294 Найдено онлайн: https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.aav4294 Дата обращения 15.12.2021. *
XIAO R. et al. Structural basis for substrate recognition and cleavage by the dimerization-dependent CRISPR-Cas12f nuclease, Nucleic Acids Research, Volume 49, Issue 7, 19 April 2021, Pages 4120-4128, https://doi.org/10.1093/nar/gkab179 Найдено онлайн: https://academic.oup.com/nar/article/49/7/4120/6188352 Дата обращения 15.12.2021. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023055255A1 (en) 2023-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11078507B2 (en) Probability-directed isolation of nucleotide sequences (PINS)
WO2023207909A1 (en) Crispr-based nucleic acid detection kit and use thereof
RU2764020C1 (en) CRISPR-CAS14 SYSTEM FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA AT ULTRA-LOW CONCENTRATIONS
RU2764022C1 (en) METHOD FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA AT ULTRA-LOW CONCENTRATIONS AND SPECIFIC OLIGONUCLEOTIDES FOR USE IN THE METHOD
RU2764024C1 (en) METHOD FOR OBTAINING A PREPARATION OF THE RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEX CRISPR / Cas14 AND A PREPARATION FOR DETECTING THE RNA OF THE SARS-CoV-2 VIRUS IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS
RU2764021C1 (en) METHOD FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS AND SPECIFIC OLIGONUCLEOTIDES FOR USE IN THE METHOD
RU2764023C1 (en) CRISPR-Cas 12 SYSTEM FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS
RU2764015C1 (en) METHOD FOR OBTAINING A PREPARATION OF THE CRISPR/Cas 12 RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEX AND PREPARATION FOR DETECTING SARS-CoV-2 VIRUS RNA IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS
RU2800421C1 (en) Crispr-cas12 system for detecting hepatitis c virus rna genotypes 1b and 3a at ultra-low concentrations
RU2800420C1 (en) Method of detection of rna of hepatitis c virus genotypes 1b and 3a in ultra-low concentrations and specific oligonucleotides for use in the method
RU2802079C1 (en) Method of detection of rna of hepatitis c virus genotypes 1b and 3a in ultra-low concentrations and specific oligonucleotides for use in the method
RU2802783C1 (en) Crispr-cas12 system for detecting human immunodeficiency virus (hiv-1) rna in ultra-low concentrations in ultra-low concentrations
RU2799430C1 (en) Method of producing a preparation of a ribonucleoprotein complex crispr-cas and a preparation for detecting hepatitis c virus rna of genotypes 1b and 3a in ultra-low concentrations
RU2782951C1 (en) Method for detecting the dna of the hepatitis b virus at ultra-low concentrations and specific oligonucleotides for use in the method
RU2782700C1 (en) Crispr-cas12 system for detection of hepatitis b virus dna at ultra-low concentrations
RU2802781C1 (en) Method of obtaining a preparation of the ribonucleoprotein complex crispr-cas12 and a preparation for detecting human immunodeficiency virus (hiv-1) rna in ultra-low concentrations
RU2747880C1 (en) Method for detecting dna of john cunningham virus (jcpyv) at ultra-low concentrations and specific oligonucleotides for use in method
RU2747819C1 (en) Method for obtaining preparation of ribonucleoprotein complex crispr / cas and preparation for detecting dna of john cunningham virus (jcpyv) in ultra-low concentrations
RU2747820C1 (en) Crispr-cas system for detection of john cunningham virus (jcpyv) dna at ultra-low concentrations
RU2743861C1 (en) Crispr-cas system for detecting the antibiotic resistance gene blavim-2 (metallo-beta-lactamase class b vim-2) pseudomonas aeruginosa at ultra-low concentrations
JP2023518217A (en) Loop primer and loop de loop method for detecting target nucleic acid
RU2734520C1 (en) Method for detecting the antibiotic resistance gene blavim-2 (metal-beta-lactamase class b vim-2) pseudomonas aeruginosa in ultralow concentrations and specific oligonucleotides for use in the method
RU2720767C1 (en) Method for detecting proviral dna of human immunodeficiency virus integrated into human genome in ultralow concentrations and specific oligonucleotides for use in method
RU2791879C1 (en) Crispr-cas12 system for detecting the exou gene encoding the type 3 secretion system exotoxin, pseudomonas aeruginosa, at ultra-low concentrations
RU2791880C1 (en) Method for detecting the exou gene encoding the type 3 secretion system exotoxin, pseudomonas aeruginosa at ultralow concentrations and specific oligonucleotides for use in the method