海洋生態(tài)系統(tǒng)正遭受人類活動（例如氣候變化）的加速破壞。海洋溫度升高導(dǎo)致病原體爆發(fā)、有害藻類大量繁殖，并造成珊瑚脅迫。這些都可能對海洋生態(tài)系統(tǒng)、人類健康和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成嚴重后果，構(gòu)成一個至關(guān)重要的“同一健康”問題。監(jiān)測關(guān)鍵海洋物種能夠提供寶貴的信息，但現(xiàn)有方法資源密集、分辨率低且不適用于頻繁部署。
哈佛大學(xué)James J. Collins和Peter Q. Nguyen介紹了一種低成本、可現(xiàn)場部署的 CRISPR 生物傳感平臺，用于檢測海洋生物的 DNA 和 RNA。利用 CRISPR 診斷技術(shù)在環(huán)境生物監(jiān)測中的可編程性，展示了該平臺在三種與氣候相關(guān)的指標（弧菌屬、 擬菱形藻屬和受熱脅迫的珊瑚）上的通用性。便攜式 3D 打印處理器和培養(yǎng)箱裝置能夠直接處理濾膜捕獲的樣本并進行溫度控制。凍干試劑、側(cè)向流動檢測、滴管操作和兩步多重檢測流程，無需實驗室儀器即可在 1 小時內(nèi)獲得結(jié)果，從而增強了現(xiàn)場檢測的便捷性。使用真實病原體和環(huán)境海水進行基準測試，證實了該方法對海水的耐受性，并能可靠地檢測每濾膜上 10?個菌落形成單位的弧菌病原體，相當(dāng)于每升過濾樣品中每微升含有 102個菌落。這一分散式平臺降低了常規(guī)監(jiān)測的門檻，能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)擾動發(fā)出早期預(yù)警，同時支持海洋領(lǐng)域的“同一健康”倡議。



圖 1：用于可持續(xù)海洋監(jiān)測的現(xiàn)場可部署 CRISPR 生物傳感平臺。
a. 氣候變化和人為污染破壞了海洋生態(tài)系統(tǒng)，重塑了海洋生物群落，導(dǎo)致病原體爆發(fā)、產(chǎn)生毒素的有害藻華和珊瑚白化?；?CRISPR 的現(xiàn)場可部署生物監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、頻繁且用戶驅(qū)動的海洋健康監(jiān)測。這可以通過檢測指示物種的基因特征并利用生物標志物轉(zhuǎn)錄本評估其生理狀態(tài)來實現(xiàn)。這些傳感方式被整合到一個無需實驗室的工作流程中，該流程使用低成本、輕便的 3D 打印設(shè)備，能夠在現(xiàn)場處理和檢測海洋物種。b.V 型 CRISPR-Cas12a 診斷的工作原理。Cas12a 在互補的 gRNA 的引導(dǎo)下靶向雙鏈 DNA。靶標識別激活 Cas12a 的非特異性核酸酶活性，從而切割熒光團/淬滅劑標記的探針（FQ 探針，如圖 1 所示）或 FAM/生物素標記的探針（FB 探針，如圖 2 所示），分別產(chǎn)生熒光或比色 LFA 讀數(shù)。

圖 2：基于 CRISPR 的生物傳感器用于快速區(qū)分致病性弧菌 。

圖 3：基于 CRISPR 的生物傳感器用于早期預(yù)警產(chǎn)生 DA 的 Pseudo-nitzschia spp.

圖 4：基于 CRISPR 的生物傳感器用于檢測星狀濱珊瑚 (Porites astreoides) 中的熱應(yīng)激珊瑚生物標志物。

圖 5：可現(xiàn)場部署的平臺，配備低成本、便攜式設(shè)備，用于無需儀器即可處理和檢測海洋物種。
參考文獻：
Kim, N., Collins, D.S., Donghia, N.M.et al.A field?deployable CRISPR-based biosensing platform for monitoring marine ecosystems.Nat Sustain9, 51–64 (2026). https://doi.org/10.1038/s41893-025-01752-0

來源：智慧生物傳感iPOCT

審核編輯 黃宇