重组酶聚合酶扩增:扩增原理及性能分析

doi:10.7503/cjcu20200592

摘要/Abstract

摘要：

脱氧核糖核酸(DNA)放大技术对于核酸检测(NAT)至关重要. 聚合酶链式反应(PCR)虽然是核酸检测的基准扩增技术, 但其主要适用于条件较好的中心实验室. 重组酶聚合酶扩增(RPA)是一种非常有潜力的等温扩增技术, 对仪器设备依赖性小, 适用于资源贫乏地区. 因此, 该技术在核酸检测时不受实验场所限制, 非常适合即时检测(POCT). 作为一种正在快速发展的扩增技术, RPA也存在阻碍其进一步发展的缺陷. 本文对RPA的扩增原理和扩增性能进行了总结, 重点讨论了对扩增性能至关重要的引物重组和ATP动态平衡调控过程, 并概述了RPA存在的缺陷和潜在的解决方向.

关键词: 重组酶聚合酶扩增, 脱氧核糖核酸, 诊断, 即时检测

Abstract:

DNA amplification is essential to most nucleic acid testing（NAT）. There is no doubt that polymerase chain reaction（PCR） is the benchmark technology for DNA amplification， but is mainly performed in centralized laboratories. Recombinase polymerase amplification（RPA）， as one of the most promising isothermal amplification technologies， can break through laboratory boundaries for nucleic acid testing， since it is less instrument-dependent and easier access to resource-limited areas， namely， suitable for point-of-care testing（POCT） applications. As a developing technology， RPA also has several defects， which hind its widespread applications and development. Here， we make a summary on the principle and performance of RPA， with particular interest on the key process of the primer recombination and the dynamic balance of ATP that guide the eventual performance. Besides， several critical issues and potential points for further improving the performance of RPA were also summarized.

Key words: Recombinase polymerase amplification（RPA）, DNA, Diagnosis, Point-of-care testing

中图分类号:

O657

TrendMD:

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图/表 7

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Category	Strategy I	Strategy II	Function description
Recombinase	uvsX	RecA	DNA?dependent ATPase, the key protein for DNA strand exchange
ssDNA binding proteins	gp32	SSB	Melting the secondary structure of primers to decrease undesirable interactions
Accessory proteins	uvsY	RecF, RecO	Assisting the loading of recombinase on primer
Crowding agents	PEGs, dectran, ficoll		Accelerating the RP process and primer extending
Polymerase	T4 polymerase, Bsu DNA polymerase I, etc.		Extending the primer and displacement of the complementary strand of templates
ATP regeneration	Phosphocreatine and creatine		Transforming ADP into ATP
Reverse transcriptase	Mu?MLV reverse transcriptase		Converting RNA templates to ssDNA

Category	Strategy I	Strategy II	Function description
Recombinase	uvsX	RecA	DNA?dependent ATPase, the key protein for DNA strand exchange
ssDNA binding proteins	gp32	SSB	Melting the secondary structure of primers to decrease undesirable interactions
Accessory proteins	uvsY	RecF, RecO	Assisting the loading of recombinase on primer
Crowding agents	PEGs, dectran, ficoll		Accelerating the RP process and primer extending
Polymerase	T4 polymerase, Bsu DNA polymerase I, etc.		Extending the primer and displacement of the complementary strand of templates
ATP regeneration	Phosphocreatine and creatine		Transforming ADP into ATP
Reverse transcriptase	Mu?MLV reverse transcriptase		Converting RNA templates to ssDNA

Assay^a	Primer number	Temperature/℃	Reaction/min	Detection formats^b	Target	Reagent format	Multiplex	Ref.
NASBA	2	41	105	RTF, NALF	RNA(DNA)	Liquid	Y	[56]
TMA	2	60	140	RTF	RNA(DNA)	Liquid	Y	[57]
SMART	2	41	140	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[58]
LAMP	4	60—65	60—90	RTF, NALF, RTT, TE	RNA, DNA	Liquid	N/A	[59,60]
CPA	4	65	65	RTF, NALF	DNA	Liquid	N/A	[61]
RCA	1, 2	65	60	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[62]
RAM	1	63	120—180	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[63]
SDA	2	37	120	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[64,65]
NEAR	4	55	10	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[66]
NEMA	4	65	30	NALF	DNA	Liquid	N/A	[67]
ICA	2	60	60	RTF	DNA	Liquid	N/A	[68]
EXPAR	1	55	10—20	RTF, NALF	DNA	Liquid	Y	[69,70]
HDA	2	65	75—90	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[71,72]
RPA	2	30—42	20	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid, lyophilized	Y	[10,73]

Assay^a	Primer number	Temperature/℃	Reaction/min	Detection formats^b	Target	Reagent format	Multiplex	Ref.
NASBA	2	41	105	RTF, NALF	RNA(DNA)	Liquid	Y	[56]
TMA	2	60	140	RTF	RNA(DNA)	Liquid	Y	[57]
SMART	2	41	140	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[58]
LAMP	4	60—65	60—90	RTF, NALF, RTT, TE	RNA, DNA	Liquid	N/A	[59,60]
CPA	4	65	65	RTF, NALF	DNA	Liquid	N/A	[61]
RCA	1, 2	65	60	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[62]
RAM	1	63	120—180	RTF	RNA, DNA	Liquid	N/A	[63]
SDA	2	37	120	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[64,65]
NEAR	4	55	10	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[66]
NEMA	4	65	30	NALF	DNA	Liquid	N/A	[67]
ICA	2	60	60	RTF	DNA	Liquid	N/A	[68]
EXPAR	1	55	10—20	RTF, NALF	DNA	Liquid	Y	[69,70]
HDA	2	65	75—90	RTF, NALF	RNA, DNA	Liquid	Y	[71,72]
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